8 фактов о самой призрачной частице Солнца: нейтрино
Солнце производит множество разнообразных частиц и излучений, но все его нейтрино образуются в ядре, где происходят ядерные реакции. Различные реакции происходят с разной скоростью на различных радиусах внутри Солнца, что позволяет нам использовать нейтринные измерения для реконструкции внутренней части Солнца.
Активное Солнце производит гораздо больше, чем воспринимают наши глаза.
Хотя мы обычно думаем о Солнце как о испускающем излучение (в форме фотонов) и частицы (от вспышек, корональных выбросов массы и солнечного ветра) оно также испускает нейтрино, которые образуются в ядре в результате ядерных реакций. Эти призрачные, почти невидимые частицы несут огромный объем информации о нашей Вселенной.
Его основные реакции в значительной степени создают энергетические нейтрино, а не просто излучение.
Самая простая и низкоэнергетическая версия протонной цепи, которая производит гелий-4 из исходного водородного топлива. Обратите внимание, что нейтрино обильно производятся на первом этапе синтеза: это подавляющее средство производства нейтрино на Солнце
Вот 8 удивительных фактов о самой призрачной частице Солнца.
Глубоко внутри ядра Солнца, где температура поднимается выше ~ 4 миллионов К, происходит ядерный синтез между субатомными частицами. При этом образуются фотоны, частицы и античастицы, а также нейтрино, которых уносят чуть более 1% всей выходной энергии Солнца
1.) Нейтрино несут ~1% всей энергии Солнца.
Не только фотоны и заряженные частицы уносят энергию от Солнца, но и солнечные нейтрино, которые образуются в ядре Солнца и практически не взаимодействуют с другими частицами. В общей сложности около 1% солнечной энергии излучается в виде солнечных нейтрино.
Солнце производит ~10³⁸ нейтрино каждую секунду, несущих 4 × 1024 Вт непрерывной мощности.
В то время как фотоны многократно рассеивают частицы внутри Солнца, не давая им попасть в фотосферу Солнца и излучаясь во внешнюю Вселенную в течение примерно 100 000-200 000 лет после производства, нейтрино устремляются наружу почти со скоростью света, покидая Солнце через 2-3 секунды после образования.
2.) Они покидают Солнце менее чем через 3 секунды после создания .
Этот разрез демонстрирует различные области поверхности и внутренней части Солнца, включая ядро, где происходит ядерный синтез. С радиусом около 432 000 миль (~700 000 км) нейтрино покидают солнце менее чем за три секунды с момента их образования
Несмотря на то, что нейтрино движутся медленнее, чем фотоны, нейтрино практически не взаимодействуют с веществом, истекая примерно при скорости света.
Сборка детектора PROSPECT в Национальной лаборатории Ок-Ридж, который был разработан для измерения реакторных нейтрино, но также чувствителен к фону солнечных нейтрино. Каждую секунду примерно 70 миллиардов нейтрино проходят через каждый квадратный сантиметр площади Земли : размером с ноготь человека.
3.) Их много на Земле .
Детектор нейтрино обычно работает на Земле в виде большого резервуара с материалом, предназначенным для взаимодействуют с нейтрино, окружён фотоумножителями, чувствительными к вторичным сигналам, создаваемым взаимодействием нейтрино. Детектор должен быть чистым и хорошо экранированным, чтобы сигнал превышал фоновый шум
70 миллиардов солнечных нейтрино проходят через ваш ноготь незамеченными каждую секунду.
Нейтринное событие, которое можно идентифицировать по кольцам черенковского излучения, которые появляются вдоль Фотоэлектронные умножители, расположенные на стенках детекторов, демонстрируют успешную методологию нейтринной астрономии. Это изображение показывает несколько событий и является частью серии экспериментов, прокладывающих путь к большему пониманию нейтрино. Однако общий поток обнаруженных нейтрино составляет лишь около 1/3 от наивного ожидания скорости их потока; Чтобы уловить около 50% нейтрино Солнца, потребуется детектор из свинца толщиной в световой год.
4.) Мы наблюдаем только ⅓ предсказанную Солнцем скорость нейтрино.
Если вы начнете с электронного нейтрино (черного) и позволите ему путешествовать либо через пустое пространство, либо через материю, у него будет определенная вероятность осциллировать, что может произойти только в том случае, если нейтрино имеют очень маленькие, но ненулевые массы. Результаты экспериментов с солнечными и атмосферными нейтрино согласуются друг с другом, что указывает на массивную природу нейтрино
Солнце производит электронные нейтрино, которые колеблются в двух других ароматах, демонстрируя массивную природу нейтрино.
Внутри Солнца происходят разнообразные ядерные реакции, испускающие электронные нейтрино самых разных энергий через множество процессов. Измерение этих нейтрино и их энергетических спектров показывает, какие ядерные процессы происходят внутри Солнца.
5.) Нейтрино прибывают с определенными дискретными энергетическими спектрами .
В то время как подавляющее большинство нейтрино генерируются при низких энергиях через протон-протонный цикл на Солнце, другие ядерные процессы оставляют определенные сигнатуры в энергетическом спектре нейтрино, что позволяет нам реконструировать на основе измерений то, что должно происходить в ядре Солнца
Измерение энергии нейтрино показывает явные, редкие реакции, происходящие внутри Солнца.
Это изображение Солнца, полученное из обнаруженных нейтрино в результате совместной работы Super-K. Нейтрино поступают день и ночь, позволяя не только измерять свойства Солнца из нейтрино, произведенных в ядре, но и измерять различия в нейтрино, полученные в результате их взаимодействия с Землей, через которую они проходят.
6.) Солнечные нейтрино отобразили Солнце .
Хотя общий поток нейтрино от Солнца днем и ночью мало меняется, доля электронов по сравнению со вкусами мю/тау меняется, так как недра Земли вызывают колебания. Эти дневные и ночные различия увеличиваются в зависимости от энергии нейтрино.
Свободно проходя через Землю, нейтрино открывают Солнце непрерывно: днем или ночью.
Анатомия Солнца, включая внутреннее ядро, единственное место, где происходит синтез. Даже при невероятных температурах в 15 миллионов К, максимальных достигаемых на Солнце, Солнце производит меньше энергии на единицу объема, чем обычное человеческое тело. Нейтрино производятся только в активной зоне, что позволяет нам реконструировать динамику внутри активной зоны по измерениям нейтрино.
7.) Они отображают размер ядра Солнца .
Внутри Солнца происходят различные реакции при различных температурах / плотностях. Измеряя Поток нейтрино с различными энергиями, мы можем реконструировать не только то, какие реакции происходят где-то внутри Солнца, но мы можем сделать вывод о размере и температуре ядра Солнца.
На основе электронно-нейтринного рассеяния, ядерные реакции происходят только в самых внутренних 20-25% Солнца .
Если Солнце внезапно прекратит свой ядерный синтез, то его гравитация и излучаемый им свет останутся практически незатронутыми на долгие периоды времени: сотни тысячелетий. Однако поток нейтрино изменился бы немедленно, предоставив нам заметный сигнал, который достигнет Земли через 8-9 минут, в зависимости от расстояния Земля-Солнце в этот конкретный момент
8.) Это наше первое оповещение о «солнечном апокалипсисе» .
Эта логарифмическая диаграмма расстояний в Солнечной системе показывает, как далеко от Солнца находятся различные объекты в астрономических единицах, где расстояние Земля-Солнце определяется как одна астрономическая единица. Свету и нейтрино (которые движутся со скоростью, неотличимой от скорости света) требуется около 8 минут 20 секунд, чтобы пройти расстояние между Солнцем и Землей.
Если внутреннее пространство Солнца значительно изменится, измененные потоки нейтрино будут предупреждать человечество менее чем за ~ 9 минут.
Многочисленные детекторы нейтрино, установленные по всей поверхности Земли, чувствительны к потоку нейтрино, испускаемых Солнцем. Если бы количество или энергия испускаемых нейтрино изменились, эти детекторы нейтрино стали бы первой системой оповещения человечества, предупреждая нас об этом изменении до того, как появятся изменения в световых сигналах или любом другом индикаторе.