首次检测到太阳碳氮氧循环产生中微子

英国《自然》杂志近日发表的一项天体物理学最新研究，科学家报告了太阳次要聚变碳氮氧循环所产生中微子的首个直接实验证据。测量这些中微子可以为人类了解太阳结构和太阳核心内的元素丰度提供重要线索。

恒星的能量来自氢到氦的核聚變，这通过两个过程发生：质子-质子链反应和碳氮氧循环，前者只涉及氢氦同位素，后者靠碳氮氧催化聚变。

其中，质子-质子链反应是与太阳大小类似的恒星的主要能量产生方式，约占全部生产能量的99%，这一点已得到广泛研究。但研究碳氮氧循环更具有挑战性，因为通过这种机制产生的中微子，每天只比背景信号多几个而已。

意大利国家核物理研究所格兰萨索国家实验室内，博瑞西诺合作组织正致力于研究极其罕见的中微子相互作用，这一联合研究项目组由来自意大利、法国、德国、波兰、俄罗斯、美国等多国研究人员构成。

此次，他们报告检测到了太阳碳氮氧聚变循环期间发射出的中微子，且具有高统计显著性。他们使用的是意大利格兰萨索国家实验室高灵敏度的博瑞西诺检测器。该仪器由一个大约18米高的容器组成，其中装有254吨液体，当液体中的电子与中微子相互作用时，液体会闪烁发光，更为明亮的闪光表明能量更高，则更有可能是来自碳氮氧循环产生的中微子。这一检测器能够排除或解释大部分的背景噪音源。在最新的研究中，团队表示，出现的结果代表了迄今第一个关于碳氮氧循环的直接实验证据，证明碳氮氧循环贡献了1%左右的太阳能量（符合理论预测）。

研究人员提出，测量碳氮氧聚变产生的中微子，可以确定恒星中碳氮氧的丰度。据悉，碳氮氧循环对质量大于太阳的恒星的能量生产具有更大的贡献。了解恒星中重量大于氦的元素的丰度（即金属性），有助于我们了解不同恒星的主导能量来源。

在论文随附的“新闻与观点”文章中，美国加州大学伯克利分校科学家哥布里尔·奥莱比·格恩表示，博瑞西诺合作组织的工作让人们能够更进一步地全面认识太阳和大质量恒星的形成，其或将为科学界定义未来几年这个领域的研究目标。

其实有两种类型的核聚变反应发生在太阳核心。第一种最常见，质子-质子链反应，即质子融合转化氢变成氦;第二种就是碳氮氧循环。这两种类型会产生不同的中微子，这些几乎没有质量的亚原子粒子，在大部分时间里都可以没有任何迹象地穿过普通物质，难以被我们发现，尤其第二种类型，更是难上加难。不过，在博瑞西诺仪器内部，有很多灵敏探测器排列在一个大水箱里，它们与地球表面宇宙射线的背景辐射隔离开来，不让其他信号“淹没”来自碳氮氧循环的中微子，终于帮助科学家探测到这一循环产生的稀有信号。