٩ فوریه‌ی ٢٠١٢ -- بیشتر گرمای خورشید در واکنش‌های هم‌جوشی تولید می‌شود. این واکنش‌ها چرخه‌ئی می‌سازند که به چرخه‌ی "پروتون-پروتون" معروف است و طی آن دو  پروتون (هسته‌ی هیدروژن) هسته‌ی هیدروژن سنگین (پروتون + نوترون) را می‌سازند و در پی هم‌جوشی‌ی این هسته با هسته‌ی هیدروژن دیگر هسته‌ی هلیوم ٣ ساخته می‌شود و پس از آن از چند راه مختلف هسته‌ی هلیوم ٤ ساخته می‌شود که بسیار پایدار است.

در بسیاری از این واکنش‌ها ذره‌های بدون بار و تقریباً بدون جرم که نوترینو نام دارند تولید می‌شوند و فیزیکدان‌ها می‌توانند با به‌دام‌انداختن ِ آنها و اندازه‌گرفتن ِ شارشان، هم درباره‌ی دینامیک و ساختار خورشید آگاهی‌هائی به‌دست آورند و هم در باره‌ی خواص خود نوترینو. تا کنون اما بیشتر آشکارگرهای نوترینو تنها نوترینوهای پرانرژی را آشکار می‌کرده‌اند یعنی آنهائی که انرژی‌شان بین ٥ تا ١٨ مگاالکترون‌ولت است. انرژی‌ی بیشتر نوترینوهای خورشیدی کم‌تر از ٥ مگاالکترون‌ولت است و آزمایش بُورِکسینُو[1] دقیقاً برای بررسی‌ی این نوترینوها طراحی شده است.

کار مشکل

آشکارکردن هر نوع نوترینو بس مشکل است زیرا برهم‌کنش این ذرات با هر نوع ماده‌ی دیگر بسیار ضعیف است اما نوترینوهای‌ خورشیدی مشکل دیگر نیز دارند: فرآیندهای پرتوزا روی زمین نوترینوها ‌ئی با انرژی‌‌ها ئی تا حدود ٣ مگاالکترون‌ولت تولید می‌کنند که می‌تواند سیگنال نوترینوهای خورشیدی را محو کند. آزمایش بُورِکسینُو در اعماق زمین در آزمایشگاه ملی‌ی فیزیک هسته‌ای[2]‌ی ایتالیا در گرَن‌سسُّو[3] جای دارد تا از پرتوهای کیهانی در امان بماند و مانند آزمایش‌های دیگر مقدار عظیمی ماده‌ی آشکارکننده (حدود ٢٨٠ تن مایع سوسوزن) دارد که در اثر پراکنده‌شدن نوترینو از الکترون نور گسیل می‌کند. آن‌چه آزمایش را از دیگر آزمایش‌ها متمایز می‌کند خلوص بسیار زیاد خود ماده‌ی سوسوزن و گوی فولاد ضدزنگ دربرگیرنده‌ی آن است که میزان پرتوزایی‌شان را بین ١٠ تا ١١ مرتبه‌ی بزرگی کاهش داده  است.

در داده‌هائی که فیزیکدان‌های ایتالیایی، امریکایی، آلمانی، فرانسوی، و روسی که در آزمایش شرکت دارند بین ۲۰۰۷ تا ۲۰۱۰ گرد آورده‌اند تا کنون نوترینوهای خورشیدی‌ی حاصل از تبدیل بریلیوم ۷ به لیتیوم ۷ که انرژی بسیار خوش‌تعریف 0.86 مگا‌الکترون‌ولت دارند شناسایی شد‌ه‌اند. هر روز در هر صد تن مایع سوسوزن ۵۰ نوترینو از این نوع آشکار می‌شود. در آخرین تحلیل داده‌هائی که از ژانویه‌ی ۲۰۰۸ تا کنون گرد آورده شده است پژوهشگران توانسته‌اند رخ‌دادها ئی نادرتر را مشاهده کنند: نوترینوهای خورشیدی با انرژی 1.44 مگاالکترون‌ولت که از هم‌جوشی‌ی دو پروتون و یک الکترون در واکنش pep حاصل می‌شوند. پژوهشگران روش خاص ئی را به کار برده‌اند تا بتوانند سیگنال برخاسته از هسته های  کربن 11 را حذف کنند. این هسته ها در اثر شمار بسیار کم پرتوهای کیهانی که به آزمایشگاه می‌رسند تولید می‌شود. پژوهشگران دریافته‌اند که به‌طور میانگین هر روز 3.1 برخورد نوترینوی pep با هر صد تن مایع آشکارگر رخ می‌دهد.

اولین گواه مستقیم

جان‌پائولو بلینی[4] سخن‌گوی آزمایش بُورِکسینُو می‌گوید که این مشاهدات اولین گواه مستقیم بر واکنش‌های pep در خورشید است و شارهای مشاهده‌ شده با پیش‌بینی‌های "مدل استاندارد خورشید" اخترفیزیکدان‌ها توافق دارد اما به این نکته اشاره می‌کند که برای استفاده از توان بالقوه‌ی آزمایش بُورِکسینُو به منظور ابزاری برای کاوش در "نوسان های" نوترینو نیاز به داده‌های بیشتر است. نتایج بسیاری آزمایش‌های دیگر طی‌ چندین دهه نشان‌ داده است که نوترینوهای درحال گذر در فضا از یک نوع‌ (نوترینوی نوع الکترون یا نوع میوئون یا نوع تاؤ) به نوع دیگر تبدیل می‌شوند اما فیزیکدان‌ها می‌خواهند بدانند که بستگی‌ی این نوسان‌ها به انرژی چیستت. آزمایش‌های دیگر نشان داده‌اند که به‌ازای انرژی‌های زیاد داده‌ها با پیش‌بینی‌های نظری توافق دارند و نتایج آزمایش بُورِکسینُو برای بریلیوم ۷ نیز نشان می‌دهد که در انرژی‌های کم نیز برازش داده‌ها به پیش‌بینی‌ها خوب است. اما بلینی می‌گوید که شمار داده‌ها در انرژی‌های میانی کافی نیست و باید نوترینوهای pep بیشتری آشکار شوند.

در واقع پژوهشگران آزمایش بُورِکسینُو در حال حاضر مشغول بهبود آشکارگرشان هستند تا میزان پرتوزایی را باز هم کم‌تر کنند و در ماه مارس یا آوریل شروع به داده‌گیری برای سه سال آینده کنند. این داده‌های جدید می‌تواند وجود نوترینوها از مجموعه واکنش‌های هم‌جوشی‌ی کاملاً متفاوت ئی را تثبیت کند که گمان می‌رود سوخت ِ ستاره‌های پرجرم‌تر و هم‌چنین بخش کوچکی از هلیوم درون خورشید را تأمین می‌کند یعنی چرخـــــــه‌ی "کربن-نیتروژن-اکسیژن"   (CNO) که در آن از راه تشکیل این سه عنصر سنگین‌تر، هسته‌ها‌ی هیدروژن به هلیوم تبدیل می‌شوند. آهنگ ِ برهم‌کنش این نوترینوها با هسته‌های آشکارگر بُورِکسینُو بایست مشابه با آهنگ برهم‌کنش  نوترینوهای pep باشد اما طیف مشخصه‌ی آنها تمایز کم‌تری نسبت به سیگنال پس‌زمینه دارد اگرچه تحلیل های اخیر حد بالایی مشخص تری برای شار آنها تعیین کرده است.

بلینی می‌گوید آشکارکردن ِ نوترینوهای این چرخه می‌تواند به یافتن پاسخ "معمای فلزیت[5]" در ساختار جو خورشید منجر شود: دانشمندان با مدل سه‌بعدی‌ خورشید و براساس داده‌های طیف‌نمایی‌ مقدار کربن، نیتروژن، اکسیژن، نئون و آرگون سطح خورشید را پیش‌بینی کرده‌اند و اینها بین 30 تا 40 درصد کمتر از مقدارهائی‌ هستند که مدل‌ کم‌تر پیچیده‌ی یک‌ بعدی پیش‌بینی می‌کند اما نتایج این مدل یک‌بعدی با داده‌های لرزه‌نگاشتی‌ خورشید -- یعنی بررسی‌ی درون خورشید با امواج تراکمی‌ ای که درون خورشید منتشر می‌شوند -- بیشتر توافق دارد. بلینی می‌گوید مشاهده‌ی نوترینوهای CNO باید تکلیف موضوع را روشن کند زیرا شاری که برای آنها پیش‌بینی می‌شود به فراوانی‌ی عناصر مختلف در جو خورشید بسیار حساس است.

نتایج این کار پژوهشی در فیزیکال ریویو لترز منتشر شده است.

در باره‌ی نویسنده: ادوین کارتلیج نویسنده‌ی مطالب علمی است و ساکن رم است.

منبع:

Neutrinos point to rare stellar fusion

physicsworld.com, Feb 9, 2012 

http://physicsworld.com/cws/article/news/48582