http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2014-09-30
Borexino设施不锈钢球体内部，外侧还有尼龙密封层并充填液体。该球体直径13.7米，图像从底部向上拍摄。
2007年Borexino设施内首次充填满超纯水。一个薄薄的尼龙球形“内层容器”直径8.5米，其外侧还有另外一层尼龙球体包裹体（直径11.5米），从而阻止任何来自外部环境中的放射干扰抵达其最内侧的核心区。两层尼龙材料厚度均为125微米，2004年安装到位
Borexino设施原型：计数测试设施（CTF）。其展示的是4吨圆形闪烁体目标，置于一个尼龙容器内（0.5毫米厚，直径2米），周围环绕超纯水以及100个光电倍增管（PMTs）用于检测电离辐射（包括中微子）信号
Borexino设施原型：计数测试设施（CTF）。其展示的是4吨圆形闪烁体目标，置于一个尼龙容器内（0.5毫米厚，直径2米），周围环绕超纯水以及100个光电倍增管（PMTs）用于检测电离辐射（包括中微子）信号
新浪科技讯 北京时间26日消息，据物理学家组织网站报道，《自然》杂志近期刊登一篇文章，一个由美国马萨诸塞大学阿默斯特分校科学家领衔的国际物理学家小组报告称他们首次直接探测到了由太阳核心区质子-质子聚变反应(pp fusion process)产生的中微子。
质子-质子链反应是产生太阳大约99%能量的一系列反应中的第一步。太阳中微子是在太阳核心区发生的核反应过程以及不同元素的放射性衰变反应中产生的。这些粒子可以光速离开太阳，在地球上，每一平方英尺的面积上每秒钟都有超过4200亿个中微子穿过。
由于中微子只受弱核力作用影响，普通的物质对它们而言几乎是“虚若无物”的。这样的特点让它们可以自由穿过我们的身体乃至整个地球而完全不受阻挡。但这一特点同样也让对它们的探测变得困难重重，也难以与元素衰变过程中产生的中微子相互区别。
窥见太阳的心灵
参与近日这项工作的研究组由超过100名科学家组成，其中来自马萨诸塞大学阿默斯特分校的安德里亚·波卡(Andrea Pocar)教授担任首席科学家。他表示：“有了这些最新的中微子数据，我们得以直接窥视太阳最主要的能量源区以及这里发生的链式核反应。这些反应过程都发生在极端高温致密的太阳核区。在我们的日常生活中，太阳发出的光线需要8分钟的时间才能抵达地球，而实际上在太阳核区产生的能量此前已经经过了数万年的时间才逐渐从核区抵达表面，并最终以光辐射的形式发射出去。”
波卡表示：“通过对两种形式的太阳能量方式，即中微子以及太阳光之间进行的对比，我们可以获得在10万年尺度上太阳热动力学平衡方面的信息。如果说眼睛是心灵的镜子，那么通过这些中微子，我们就不再只能看到太阳露在外面的脸，而是直接探查其核心。我们看到了太阳的心灵。”
他说：“就我们所知，中微子是我们目前仅有的可以让我们窥见太阳内部的手段。这些由质子-质子链反应产生的中微子是当太阳核区两个质子发生聚变形成一个氘核时产生的，对这样的中微子进行研究尤其困难。这是因为它们的能级较低，在其所在的能级范围内存在大量自然放射性衰变产生的干扰，从而让它们产生的信号难以分辨。”
Borexino设施
Borexino设施坐落在意大利亚平宁山脉深深的地下，设施安装有超纯净有机液体闪烁量热计，周围由1000吨纯水包围。其深埋地下的位置，加上洋葱一般层层包裹的防护结构，使其成为对自然界其他辐射背景最佳的隔绝环境。
实际上，这里是地球上唯一一处可以同时完整检测各能级太阳中微子的设施。入射的中微子以3种方式出现，一般被称为3种不同的“味”。那些来自太阳核区的中微子是电子中微子，当它们离开诞生地，它们会在其它两种不同的“味”之间震荡变化，即μ中微子以及τ中微子。
使用Borexino设备时面临的一大挑战是你需要控制并精确量化所有环境中的背景辐射“噪音”。波卡表示位于Borexino核心的有机闪烁体内充填了类似苯的液体，那是从非常古老的，数百万年前的石油中提炼出来的，基本是地球上能够找到的此类物质中最古老的那些。
他说：“之所以要这么做，是因为我们希望它内部的碳-14已经全部衰变殆尽，或者其含量已经低到一个足够的水平之下。这是因为碳-14的β衰变过程会释放中微子，并且其信号会覆盖我们想要探测的信号段。我们知道在我们所采用的闪烁体中，每100亿亿个原子中大约有3个碳-14原子。这样说你就能体会这些闪烁体的纯净度已经几乎达到了一种荒唐的程度。”
另外，在他们此番发表的论文中，研究组还探讨了这样一种可能性，即假如闪烁体中有两颗碳14原子同时发生衰变，这种情况被称作“堆积”。当发生这种“堆积”情形时，其发出的信号会与质子-质子链反应中产生的中微子信号非常相似。对此，波卡表示：“我们找到了一种方法来解决这个问题，运用统计学方法识别并将这类‘堆积’信号从数据中进行排除，如此一来便让对真实质子-质子链反应中微子的检测成为可能。”
尽管检测到质子-质子链反应中微子并非受到美国国家自然科学基金(NSF)支持的Borexino实验的初衷，不过波卡表示：“这也不失为一种灵巧的策略。我们将探测器的灵敏度提升到一个极限，这是此前还从未实现过的。”(晨风)
[新浪网]