出品|網易科學人欄目組 木秀林

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10月29日消息，據美國媒體報道，太陽持續(xù)不斷地發(fā)光，是由內部連續(xù)核反應產生的，在這些核反應中，4個質子聚合生成1個氦-4原子核，并伴隨釋放出2個電子中微子和大量能量?？茖W家建立的模型暗示，太陽釋放出的核能99%來自3個反應序列，統(tǒng)稱質子-質子鏈反應，由2個質子聚合引發(fā)。

Borexino實驗室發(fā)表論文稱，根據對2000多天收集的數據進行分析，科學家首次完整測量了源自這3個序列的中微子通量。這些分析結果幫助人類更好地了解太陽發(fā)光的方式和原因。中微子與其他物質的相互作用力很弱，因此可不受阻礙地從太陽內部逃逸出來，經過8分鐘旅行后到達地球。從太陽中微子中，可以直接了解太陽內部核反應情況。

Borexino試驗檢測了這些中微子，科學家用一種稱為熒光劑的有機液體作為檢測劑，與中微子發(fā)生反應，測量由此產生的光量以測定中微子攜帶的能量。與所有其他太陽中微子試驗不同，Borexino可測量高能和低能中微子攜帶的能量，從而使利用中微子光譜學技術研究太陽內部結構成為可能。

電子中微子在達到地球前，可變?yōu)?種其他類型的中微子，即Tau和Muon中微子，這種現象被稱為中微子振蕩。相比Tau和Muon中微子，Borexino的試驗對電子中微子更為敏感，因此在測量的中微子通量用于計算太陽產生的通量時，需要考慮中微子振蕩?？紤]到這點，科學家利用測量的中微子通量，計算出太陽內部核反應產生的總能量。

科學家們發(fā)現，測量到的光子量與中微子通量相同，因此說明太陽的能量來源是核聚變。新發(fā)現也對中微子物理學帶來有趣的影響。通過將這些數據與標準太陽模型的預測結合起來，合作者確定了質子-質子鏈反應產生的中微子存續(xù)幾率的數量。新研究成果也為解釋太陽物理學中長期存在的一個問題提供了線索，這個問題是由于無法很好地確立太陽化學構成而引發(fā)的。

最近對太陽金屬豐度進行的完整光譜測定產生的值，比以前的光譜分析結果低了35%。有趣的是，當使用更低值金屬豐度構建太陽內部數量模型時，模擬的情況與已知的太陽內部結構不一致。但使用以前的金屬豐度值，模擬情況非常吻合。然而，Borexino試驗測定的質子-質子鏈反應3個不同序列的結果，可用于測定太陽內部的溫度。Borexino的發(fā)現表明，內部溫度與使用高金屬豐度的模型所預測結果一致。

不管怎樣，Borexino試驗可能在未來提供明確的答案。太陽能的1%是通過碳氮氧循環(huán)的核反應鏈所產生，這些循環(huán)受碳、氮和氧的催化作用，因此它們的效率完全依靠太陽的金屬豐度。如果與碳氮氧循環(huán)有關的中微子通量可被測量，那么這些元素在太陽內部的數量也可測定。

但目前這些測量很困難，因為鉍210的發(fā)射性衰變產生了背景輻射。通過改進裝了液體熒光劑的容器后可解決這個問題。檢測碳氮氧循環(huán)的中微子不僅可測定太陽的金屬豐度，還可直接證明自然界存在碳氮氧循環(huán)。這很重要，因為碳氮氧循環(huán)被認為是其他恒星產生比太陽多很多的能量的主要物理過程。

困擾天體物理學的另一個大問題是，恒星能量的產生和消失是否存在非標準物理過程。如果存在，那么太陽的核能產生速度與亮度（太陽表面以光子形式輻射的能量總和）之間存在不平衡。太陽核反應產生的能量測定精度需要提高10倍至1%，以進行非標準粒子物理學試驗。Borexino還達不到這種精度，但未來的大規(guī)模中微子和暗物質探測器可做到。