恆星通過熱核聚變點亮「地球上的星星」

我們的太陽如何發光？通過太陽中微子的發現，科學家證實了太陽內部主要產生了原子核反應，核聚變反應是太陽閃亮的動力之源，它驅動了太陽光和熱的形成。通過檢測太陽中微子的手段，物理學家解釋了太陽內部質子與質子的核聚變反應機理，太陽核心區的能源產生機製得到了實驗證實。經過長期不懈的尋找，物理學家最終證實了低能中微子的存在，太陽中微子成為了證實太陽外在閃耀、內在核反應機制的直接證據。科學家在驗證恆星核合成理論的有效性上邁出了至關重要的步驟，未來更為靈敏、精確的實驗手段將會修正現有理論的偏差和缺陷，開啟向新物理學進發的航程。

氫原子通過核聚變反應轉變為氦原子，核聚變過程釋放了大量能量，熱核聚變能佔到了太陽能量的99%，太陽內部多極化的核反應過程從恆星內部炙熱、緻密的核心開始，兩個質子聚變成氘（重氫），氘是氫的重同位素，它的原子核由一個質子和一個中子構成，其中的一個熔解的質子轉變成中子，在聚變過程中釋放了一個正電子，正電子是電子的對應物、或電子的反物質粒子，正電子產生之後即刻發生了湮滅反應，正電子和負電子經過碰撞產生了中微子，中微子在太陽內部「四處碰壁」，卻絲毫無損，它輕而易舉地突破「層層設防」的太陽包圍圈，直接地逃逸到太陽外部的太空，中微子在太空的所有方向幾乎以光速向外擴散。太陽內部的其它核反應機制同樣產生了中微子，到達地球的中微子數量驚人，它們形成的對地球表面的轟炸強度相當於每秒每平方厘米1000億個，中微子幾乎沒有質量，人們感覺不到中微子的「狂轟亂炸」的衝擊效應。

中微子通過太陽內部質子與質子的核聚變反應產生，它們的數量相當於太陽生成的整個中微子數量的90%，由於中微子具有相對低的能量，它們的信號往往被地表上的普通物質產生的放射性衰變掩蓋了，因此，自從上個世紀60年代以來，一些個較高能量、相對活躍的太陽中微子被探測到了。直到目前為止，科學家沒有探測到由質子與質子的核反應產生的中微子。在義大利拉圭拉地區附近的格蘭薩索國家實驗室，通過使用封裝在地下一公里深處的Borexino探測器，科學家現在成功地探測了中微子的存在，它們通過太陽核心區質子與質子的核反應產生。馬賽諸塞大學阿姆赫斯特分校的物理學家安德里亞·波卡爾和合作夥伴將他們的發現成果發表在新一期的《自然》雜誌。

太陽物理學家對太陽的核子反應機制有了總體的理解，然而，他們對每一類的核反應機制和相關的重要性有一些模糊、甚至錯誤和的認識，對太陽如何發光的問題沒有得到徹底、清晰的解釋。加州大學爾灣分校的中微子物理學家邁克爾·森密解釋說，Borexino探測器合作實驗項目的目標是直接探測中微子的存在，發現太陽中微子在物理學上具有里程碑的意義。新的發現證實了銀河系大約90%的恆星如何產生大部分自身所需的能量，而銀河系的恆星與我們的太陽非常相似，許多銀河系恆星的質量更低；新的發現描繪了一幅太陽核心區的「快照」，中微子誕生於太陽的核心區，它們到達我們的地球僅用去了8分鐘時間。

Borexino實驗室的核心為一個尼龍材料製成的大容器，在容器內灌裝了278噸超純的苯類物質液體，光通過液體閃射出來，穿透液體的中微子通過激發電子產生了散射的光點。超純的苯類物質液體取自於原油，它由碳—14構成，物質液體幾乎沒有任何的射性，它們隱藏了中微子的信號。超純的碳—14液體被889噸非閃射性的液體包裹，形成了容器內部的保護層，保護層起到了保護容器的作用，避免了實驗裝置中的2212個光探測器釋由於釋放雜亂的輻射而帶來的危害。Borexino具備探測低能量中微子流動的功能，它目前的精確度只有10%，如何提高未來實驗的精確度？對理論預測的檢測和潛在的新物理學而言，提高實驗的精確度是基本的要求。舉例來說，在中微子探測器檢測的中微子能量和到達地球的太陽中微子能量之間存在微小的不匹配，這可能預示了暗物質的存在，物理學家假設暗物質是一種看不見的物質，暗物質被認為構成了宇宙物質的絕大部分，人們對神秘的暗物質知之甚少。西班牙貝爾拉特拉空間科學研究院的天體物理學家奧爾多·瑟潤萊利解釋說，Borexino實驗室也許驗證了最好的物理模型，這種模型描述了中微子「風味」的轉換，從太陽核心區出發的中微子向外太空穿越，它們在中途產生了形態轉變，從電子中微子轉化為兩種其它形態的中微子，電子中微子、τ中微子和μ中微子為中微子的三種形態。

（編譯：2014-9-1）

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