Για πρώτη φορά, οι επιστήμονες ανιχνεύουν το φάντασμα σήμα που αποκαλύπτει τη μηχανή του σύμπαντος - For the first time, scientists detect the ghostly signal that reveals the engine of the universe

 

Operators on the installation scaffold mounting the phototubes on the Borexino sphere.Borexino Collaboration

nbcnews.com - 7spymania.com

Σε έρευνα που δημοσιεύθηκε την Τετάρτη στο περιοδικό Nature, οι επιστήμονες ανέφεραν ότι έχουν κάνει την πρώτη ανίχνευση σχεδόν αιθερικών σωματιδίων που ονομάζονται νετρίνα, τα οποία μπορούν να ανιχνευθούν σε σύντηξη άνθρακα-αζώτου-οξυγόνου, γνωστή ως κύκλος CNO, μέσα στον ήλιο.

Είναι ένα εύρημα ορόσημο που επιβεβαιώνει τις θεωρητικές προβλέψεις από τη δεκαετία του 1930 και χαιρετίζεται ως μία από τις μεγαλύτερες ανακαλύψεις στη φυσική της νέας χιλιετίας.

«Είναι πραγματικά μια σημαντική ανακάλυψη για την ηλιακή και αστρική φυσική», δήλωσε ο Gioacchino Ranucci του Ιταλικού Εθνικού Ινστιτούτου Πυρηνικής Φυσικής (INFN), ένας από τους ερευνητές του έργου από τότε που ξεκίνησε το 1990.

Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τον υπερευαίσθητο ανιχνευτή Borexino στο εργαστήριο φυσικής σωματιδίων Gran Sasso της INFN στην κεντρική Ιταλία - το μεγαλύτερο υπόγειο ερευνητικό κέντρο στον κόσμο, βαθιά κάτω από τα βουνά Apennine, περίπου 65 μίλια βορειοανατολικά της Ρώμης.

Η ανίχνευση ολοκληρώνει δεκαετίες μελέτης των νετρινών του ήλιου από το έργο Borexino και αποκαλύπτει για πρώτη φορά την κύρια πυρηνική αντίδραση που χρησιμοποιούν τα περισσότερα αστέρια για τη σύντηξη του υδρογόνου στο ήλιο.

Σχεδόν όλα τα αστέρια, συμπεριλαμβανομένου του ήλιου μας, εκπέμπουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας με τη σύντηξη υδρογόνου σε ήλιο - ουσιαστικά έναν τρόπο «καύσης» υδρογόνου, το απλούστερο και πιο άφθονο στοιχείο και την κύρια πηγή καυσίμου στο σύμπαν.

Στην περίπτωση του ήλιου, το 99% της ενέργειάς του προέρχεται από σύντηξη πρωτονίων-πρωτονίων, η οποία μπορεί να δημιουργήσει βηρύλλιο, λίθιο και βόριο πριν τα διασπάσει σε ήλιο.

Αλλά τα περισσότερα αστέρια στο σύμπαν είναι πολύ μεγαλύτερα από τον ήλιο μας:the red-giant Betelgeuse,  το κόκκινο γιγάντιο Betelgeuse, για παράδειγμα, είναι περίπου 20 φορές πιο ογκώδες και περίπου 700 φορές πλάτος.

rexino filled with water during the initial operation of the detector.Borexino Collaboration

Τα δύο νάιλον δοχεία στον πυρήνα του Borexino γέμισαν με νερό κατά την αρχική λειτουργία του ανιχνευτή.

Τα μεγάλα αστέρια είναι επίσης πολύ πιο καυτά, πράγμα που σημαίνει ότι τροφοδοτούνται συντριπτικά με σύντηξη CNO, η οποία συντήκεται υδρογόνο σε ήλιο μέσω ατομικών πυρήνων μετασχηματισμένων σε ατελείωτο βρόχο μεταξύ άνθρακα, αζώτου και οξυγόνου.

Ο κύκλος CNO είναι η κυρίαρχη πηγή ενέργειας στο σύμπαν. Αλλά είναι δύσκολο να εντοπιστεί μέσα στον σχετικά δροσερό ήλιο μας, όπου αντιπροσωπεύει μόνο το 1 τοις εκατό της ενέργειας του.

Ο γιγαντιαίος ανιχνευτής Borexino αναζητά νετρίνα που εκλύονται κατά τη διάρκεια της πυρηνικής σύντηξης στον πυρήνα του ήλιου.

Τα νετρίνα αλληλεπιδρούν ελάχιστα με οτιδήποτε, και έτσι είναι ιδανικά για τη μελέτη μακρινών πυρηνικών αντιδράσεων - αλλά είναι επίσης εξαιρετικά δύσκολο να εντοπιστούν.

Τρισεκατομμύρια νετρίνα από τον ήλιο περνούν μέσα από τον ανιχνευτή Borexino κάθε δευτερόλεπτο, αλλά ανιχνεύει μόνο δεκάδες από αυτά κάθε μέρα αναζητώντας εξασθενημένες λάμψεις φωτός καθώς αποσυντίθενται στη σκοτεινή δεξαμενή νερού 300 τόνων.

Ο Ranucci είπε ότι ο ανιχνευτής Borexino έχει περάσει δεκαετίες μετρώντας τα νετρίνα από την κύρια αλυσιδωτή αντίδραση πρωτονίων-πρωτονίων, αλλά η ανίχνευση των νετρίνων CNO ήταν πολύ δύσκολη - μόνο επτά νετρίνα με την ενδεικτική ενέργεια του κύκλου CNO εντοπίζονται σε μια μέρα.

Η ανακάλυψη απαιτούσε να κάνει τον ανιχνευτή όλο και πιο ευαίσθητο τα τελευταία πέντε χρόνια, είπε, προστατεύοντάς τον από εξωτερικές πηγές ραδιενέργειας, έτσι ώστε ο εσωτερικός θάλαμος του ανιχνευτή να είναι το πιο ελεύθερο μέρος της Γης.

Το αποτέλεσμα είναι το μόνο άμεσο σημάδι της σύντηξης CNO που έχει δει ποτέ οπουδήποτε: «Αυτή είναι η πρώτη απόδειξη ότι ο κύκλος CNO λειτουργεί στον ήλιο και τα αστέρια», δήλωσε ο Ranucci.

Ο Gabriel Orebi Gann, φυσικός σωματιδίων στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ, χαρακτήρισε την ανακάλυψη «σημαντικό ορόσημο».

«Αυτή η ανακάλυψη μας κάνει ένα βήμα πιο κοντά στην κατανόηση της σύνθεσης του πυρήνα του ήλιου μας και του σχηματισμού βαριών αστεριών», είπε.

Η Orebi Gann είναι συγγραφέας ενός επιστημονικού άρθρου στο Nature σχετικά με τη νέα μελέτη, αλλά δεν συμμετείχε στην έρευνα.

Τα νετρίνα παράγονται φυσικά σε πυρηνικές αντιδράσεις και διέρχονται από το μεγαλύτερο μέρος της ύλης χωρίς αποτέλεσμα, έτσι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον εντοπισμό αλλιώς απρόσιτων περιοχών του σύμπαντος, είπε.

Εξαιτίας αυτού, αρκετοί ανιχνευτές νετρίνων παρακολουθούν στο σκοτάδι τη φευγαλέα παρουσία τους σε όλο τον κόσμο, συμπεριλαμβανομένου του παρατηρητηρίου IceCube στο Νότιο Πόλο και του ανιχνευτή Super-Kamiokande στην Ιαπωνία.

Θεωρείται ότι τα νετρίνα από τη Μεγάλη Έκρηξη θα μπορούσαν να εξηγήσουν μερικά από τα μυστηριώδη «σκοτεινή ύλη» του σύμπαντος - τεράστια αόρατα φωτοστέφανα γύρω από αστέρια και γαλαξίες που αποτελούν περίπου το ένα τέταρτο της μάζας του.

Ο Orebi Gann είπε ότι η ασυμμετρία μεταξύ των νετρίνων και των αντισωμάτων τους θα μπορούσε επίσης να εξηγήσει την φαινομενική έλλειψη της αντι-ύλης στο σύμπαν μας και την κυριαρχία της στην κανονική ύλη - με άλλα λόγια, γιατί υπάρχει κάτι εδώ, και όχι απολύτως τίποτα.

nbcnews.com - 7spymania.com