太阳的中微子拥有核聚变的秘密

大多数人意识到我们的太阳是从氢与氦的融合中产生光和热的。但是，将氢核合并成氦的过程并不像看起来那样简单。

通常，较小的恒星通过两种过程产生融合。首先，质子-质子(pp)反应是两者中更简单也更普遍的反应。第二个是碳氮氧(CNO)循环，被认为是在更热，质量更大的恒星中产生能量的主要手段。

然而，一项新的研究发现来自太阳的中微子提供了CNO循环发生在我们母星深处的第一个直接证据。

“尽管基于模型计算，我们预计CNO循环也将在太阳下发生，但之前从未获得过直接证据。约翰内斯·古腾堡大学美因兹大学(JGU)中微子物理学家，Borexino合作组织成员迈克尔·乌尔姆(Michael Wurm)表示，只有特征性的中微子信号才能提供确凿的证据，证明这确实发生了。。

对于每个反应，都有难以记忆的反应

恒星中的PP熔融反应

质子-质子反应是恒星为像我们的太阳这样的较小恒星提供大部分能量。图片来源：Sarang

PP反应在像我们的太阳这样的较小恒星中占主导地位，首先是将两个质子(普通氢核)融合到氘中，其中包含一个质子和一个中子。该反应释放出一个正电子(电子的反物质版本)，一个中微子和一个极低质量的不带电粒子。

然后，这个氘核与第三个质子融合，释放出伽马射线(然后，这种能量花了数十万年的时间一直流向太阳表面，在这里我们看到并感觉到它是光和热)。这样产生的氦核短了一个中子(3 He)，然后撞击了另一个3 He核，释放了一对质子，形成了最终产物-一个稳定的普通氦核(4 He)。

CNO循环要复杂得多。具有六个质子和六个中子(12 C)的碳核与质子撞击，产生氮核并释放出伽马射线。具有七个质子和六个中子(13 N)的这种形式的氮不稳定，并且会散开，释放出正电子和中微子。该反应的最终产物碳13(带有一个额外的中子)与第二个质子融合，释放出进一步的伽马射线，并产生稳定氮(14 N)的核。

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CNO反应为较大的恒星提供动力，但也产生约1%的太阳能量。图片来源：Cwitte。

当此氮原子核在此循环中遇到第三个质子时，γ射线会再次释放，并产生不稳定形式的15 O氧原子核。当这种情况分解时，又释放出另一个中微子以及一个正电子，并产生15 N(一个带有额外中子的氮)。最后，原子核遇到第四个正电子，释放出一个氦原子核(也称为α辐射)。该反应的最终结果是稳定的12 C碳，并且该过程可以重新开始。

PP过程在像我们的太阳这样的较小恒星中占主导地位，而CNO循环在质量更大的恒星中盛行，质量较大的恒星中所含元素的浓度比氦重(称为恒星的金属性)。

在这些反应中产生的中微子在各个方向在太空中竞争。但是，他们几乎从不对任何事物做出反应，几乎无法进行检测。但是，当看到它们时，物理学家能够确定它们是否来自PP或CNO反应。

如果住在地下对莫洛克人来说足够好……

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Borexino探测器位于意大利Assergi附近的这些行政大楼下方。图片来源：TQB1。

Borexino探测器位于意大利格兰萨索山脉下方1400米(4,600英尺)处，旨在发现这些中微子，使天文学家能够了解太阳内部深处发生的聚变过程。探测器被大量岩石覆盖，受到了很好的保护，可以抵抗大多数电磁辐射。

该仪器于2007年开放，基于一个装有280吨闪烁体液体的薄壳容器，在中微子与液体中的分子相互作用的极少数情况下，它会释放光。化学和物理实验室使用了类似的技术来研究浸没在这种流体中的放射性物质。

一天几百次，在高度屏蔽的水箱中闪动，表明存在中微子。的光的闪烁是由大约2000检测器周围放置罐记录。

物理学家面临的挑战之一是偶发于亚原子粒子(称为介子)的虚假信号。它们从太空到达，尽管覆盖探测器的大量地球阻止了其中的大部分粒子，但仍有一定百分比的粒子穿过并被检测为大罐中的假阳性。数据分析用于从数据中消除这些错误。

“在所有已知粒子中，仅中性粒子就具有惊人而浪漫的空灵特性，既启发了约翰·厄普代克的一首诗，又使科学家团队深入地下五十年，以构建巨大的科幻小说般的装置。揭开他们的奥秘……”

—劳伦斯·克劳斯(Lawrence M. Krauss)

该检测器先前已经看到过PP反应中产生的中微子，但这标志着第一次检测到来自CNO循环反应的中微子。

“尽管基于模型计算，我们预计CNO循环也将在太阳下发生，但从未获得过直接证据。Wurm解释说，只有特征性中微子信号可以提供确证这种情况确实发生的证据-现在我们有了确凿的证据，毫不怀疑。