麻省大学阿姆赫斯特分校 北极星探测器与太阳的结合
信用:博瑞西诺合作/马克西姆格罗莫夫 一个由大约100名博雷希诺合作科学家组成的国际团队，包括马萨诸塞州阿姆赫斯特大学的粒子物理学家安德里亚·波卡尔，在本周的《自然》杂志上报道了太阳中微子的探测，首次直接揭示了碳-氮-氧(CNO)聚变循环在我们的太阳中起作用
波卡尔解释说，CNO循环是驱动比太阳重的恒星的主要能源，但迄今为止，它从未在任何恒星中被直接探测到
他补充说，在恒星生命的大部分时间里，它们通过将氢融合成氦来获取能量
在像太阳或更轻的恒星中，这主要是通过“质子-质子”链发生的
然而，许多恒星比我们的太阳更重、更热，并且在它们的成分中包含比氦重的元素，这种质量被称为金属性
自20世纪30年代以来的预测是，CNO循环将在重恒星中占主导地位
作为这些过程的一部分而发射的中微子提供了一个光谱信号，使科学家能够区分来自“质子-质子链”的中微子和来自“CNO循环”的中微子
波卡尔指出，“CNO在我们的太阳中燃烧的证实，在那里它仅以1%的速度运行，增强了我们理解恒星如何工作的信心
" 除此之外，CNO中微子可以帮助解决恒星物理学中一个重要的公开问题，他补充道
也就是说，太阳中心的金属丰度，只能由来自核心的CNO中微子速度来确定，是如何与恒星其他地方的金属丰度相关联的
传统的模型遇到了一个难题——用光谱学测量地表金属度与用不同方法——太阳地震学观测——测量地表下的金属度不一致
波卡尔说，中微子实际上是科学对包括太阳在内的恒星核心的唯一直接探测，但它们极难测量
每秒钟有多达4200亿个黑洞撞击地球表面的每一平方英寸，然而几乎所有的黑洞都是在没有相互作用的情况下穿过的
科学家只能使用背景辐射水平极低的超大型探测器来探测它们
博雷西诺探测器位于意大利中部亚平宁山脉深处的INFN国家实验室
它通过中微子与300吨超纯有机闪烁体中的电子碰撞产生的闪光来探测中微子
信用:博瑞西诺合作 博雷西诺探测器位于意大利中部亚平宁山脉深处的INFN国家实验室
它通过中微子与300吨超纯有机闪烁体中的电子碰撞产生的闪光来探测中微子
Pocar说，Borexino的深度、尺寸和纯度使其成为这类科学的独特探测器，在低背景辐射领域独一无二
该项目是由米兰大学的吉安保罗·贝利尼、普林斯顿大学的弗兰克·卡拉普莱斯和贝尔实验室已故的拉朱·拉加万领导的一群物理学家在20世纪90年代初发起的
Pocar回忆说，直到最近的探测，Borexino合作成功地测量了“质子-质子”太阳中微子通量的成分，帮助改进了中微子味道振荡参数，最令人印象深刻的是，甚至测量了周期的第一步:非常低能量的“pp”中微子
它的研究人员梦想扩大科学范围，也寻找CNO中微子——在背景特别低的狭窄光谱区域——但这个奖似乎遥不可及
然而，普林斯顿大学、弗吉尼亚理工大学和阿马斯·阿默斯特大学的研究小组认为，CNO中微子可能会通过他们开发的额外的纯化步骤和方法被发现，这些步骤和方法是为了实现探测器所需的精致稳定性
多年来，由于采取了一系列措施来确定和稳定背景，美国
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科学家和整个合作都很成功
“除了揭示本周《自然》杂志文章的主题——CNO中微子，现在甚至有可能帮助解决金属性问题，”波卡尔说
在CNO中微子发现之前，实验室已经计划在2020年底结束运行
波卡尔说，由于《自然》杂志论文分析中使用的数据被冻结了，科学家们继续收集数据，因为中心纯度不断提高，使得一个关注金属性的新结果成为可能
数据收集可能会延续到2021年，因为所需的后勤和许可虽然正在进行，但并不琐碎且耗时
“每多一天都有帮助，”他说
波卡尔从他在普林斯顿大学的研究生时代就开始参与这个项目，在弗兰克·卡拉普莱斯领导的团队中，他从事尼龙容器的设计、建造和流体处理系统的调试工作
后来，他和他在UMass Amherst的学生一起研究数据分析，以及最近研究CNO中微子测量背景的技术
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