经过近一个世纪，终于从太阳上看到了难以捉摸的CNO中微子

科学家们首次发现了来自太阳核心的中微子，是通过CNO过程开始形成的，CNO过程是迄今理论上的恒星核聚变类型。

中微子是亚原子粒子。与您更熟悉的质子和电子不同，中微子不带电荷且质量很低，它们确实不喜欢与正常物质相互作用。中微子可以像不存在一样直接穿过地球。

许多不同的亚原子相互作用可以产生中微子，包括各种类型的核聚变。我们周围的最大来源是太阳，因为它融合氢转变为氦在其核心，使得像10 25（10,000,000,000,000,000,000,000,000）中微子每一秒。它们向各个方向射击，到它们到达地球时，大约每平方厘米经过600亿个。看你的缩略图。繁荣。当您阅读此句子时，大约有1000亿个中微子通过了它。

太阳的剖面图，显示了各种图层和功能。尽管在核心上方有700,000 km的太阳，但中微子却在中心位置形成并易于飞出。图片来源：NASA SpacePlace

我们认为太阳有两种融合。它的99％来自所谓的质子-质子链。它涉及几个步骤，但最后四个氢核（实际上只是质子）融合形成一个氦核，并在此过程中释放出中微子和大量能量，实际上，足够的能量可以为恒星提供动力。

其余1％的熔合来自CNO循环或碳-氮-氧循环。它也需要采取一系列步骤，但是在此过程中涉及到这三个元素，最后又做同样的事情：四个质子融合成氦，氦也释放能量并在途中发出中微子。

CNO周期。从顶部开始，顺时针旋转，碳与质子融合形成氮同位素，然后逐渐分解为碳的另一同位素，碳与质子融合形成另一氮同位素，氮与质子融合形成氧，会分解为氮的第三个同位素，然后与质子融合形成氦和碳，然后我们又消失了。一路上，产生了中微子（希腊字母nu）和伽马射线形式的能量。图片来源：Borb / Wikipedia

太阳每秒将约7亿吨氢转化为6.95亿吨氦。剩下的质量转换为能量并照亮太阳。那是很多融合，这就是为什么太阳产生这么多中微子的原因。一旦创建，它们便以接近光速的速度飞离太阳。

一些来到地球。多数人直接通过我们，因为他们又不想与物质互动。

这使得它们很难被发现，但是有很多方法。例如，如果中微子碰到1,2,4-三甲基苯分子（也称为拟异丙基苯，一种环状的碳基分子），它将发射出电子，并在进行一些物理作用后产生光子被发射。因此，如果您有一个装满这种物质的储罐，并用非常灵敏的光探测器将其包围，则可以记录中微子事件引起的偶然闪光。

当然，这并不容易。中微子很少与假异丙苯相互作用。因此，您需要一个大水箱，并且需要将其建在地下，因为宇宙射线会撞击我们的大气层，从而产生介子，这些介子还会产生会干扰结果的闪光，所以您需要用更大的水箱将其包围，以吸收介子。

位于意大利地下的Borexino中微子探测器示意图。图片来源：Agostini等。

所以，这正是国际科学家合作所做的。博雷西诺中微子观测台位于意大利格兰萨索山下的岩石下面1400米。它有一个8.5米宽的尼龙气球，里面装有280吨假异丙苯，被一个水箱包围，被2200多个非常敏感的光子探测器包围。

他们打开了一切，然后等待。在2016年7月至2020年2月（1072天）的过程中，他们辛苦地记录了所有事件，并且不得不进行英勇的努力，以防止各种形式的其他反应，这些反应也几乎不会产生闪光，从而干扰了他们的实验。他们还必须将质子-质子链中微子与CNO循环中产生的中微子区分开，但是中微子具有不同的能量，这使得将它们分离出来成为可能。

他们只是宣布了结果：他们发现了CNO中微子！每天约有20次与假枯烯相互作用-每天有20亿次通过假性枯烯！-关于您对理论的期望。

实际上，重要的是要知道到现在为止，我们只有理论告诉我们CNO循环正在发生。有没有办法让太阳核心的直接测量，在几十万，好了，公里埋太阳 ......除了通过中微子。CNO循环最早是在1930年代理论化的，花了很长时间才最终发现它们。

Borexino检测器的照片，基本上是外部水箱被绝缘材料覆盖。规模包括人类。图片来源：Agostini等。

测量中存在一些不确定性，但他们发现可以以99％的确定性排除这些中微子不是来自CNO循环。换句话说，它们极不可能来自其他任何事物。

由于许多原因，这是一个重要的发现。一方面，虽然质子-质子链在太阳中占主导地位，但在质量约为太阳质量1.3倍的恒星中，CNO循环占主导地位（在更高的温度下会强烈启动），因此了解它在太阳中的工作原理可以告诉我们关于其他星星。

同样，重元素的存在（天文学家误称金属，意味着比氢和氦重的任何元素）都会影响太阳CNO循环中的聚变速率，而且这些金属的数量也不是很清楚。不同的测量方法产生的量略有不同，但是足以弄乱我们对核心融合的了解。该实验与发现较低金属含量的实验相符。这对许多其他想法产生连锁反应，包括有关我们如何看待太阳和行星形成，太阳如何衰老以及它将如何死亡的细节。

每天不到两打中微子，而无数又被发现。这让我感到惊讶，人类的聪明才智，能够找到一种方法来观察不可见的物体，并在宇宙通过我们时从字面上对宇宙进行采样。