太阳中微子
产生机制
产生太阳中微子的主要机制来自于质子﹣质子链反应,其为:
或换言之:
86%的太阳中微子透过这项反应产生。如同右图,标准太阳模型中的太阳中微子(质子﹣质子链反应)部分,氘会与另个质子融合而产生氦3原子(He)及伽马射线,此反应可写为:
同位素氦4原子(He)可由前述He反应产生:
当氦3与氦4都存在于同一系统时,铍可透过融合产生:
目前共有四颗质子与三颗中子,铍可有两种不同的反应途径。第一种是捕捉一颗电子并产生锂7原子及一颗电子中微子:
此反应产生了14%的太阳中微子。所产生的锂7会再与质子融合产生两个氦4原子。
第二种反应途径是捕捉一颗质子(在恒星中为数众多),而产生硼8原子:
而硼8原子会透过贝塔(+)衰变转为铍8原子,并放出正电子与电子中微子:
此反应产生了约0.02%的太阳中微子,虽然为数较少,但其能量则较高。
观测资料
太阳中微子最高的通量直接源自于质子﹣质子链反应,而其具有较低的能量,最高达400keV。有几个其他产生的机制所造成的中微子能量则高达18 MeV。地球上的中微子通量约为7·10 粒子数/厘米/秒。
透过标准太阳模型可预测中微子的数量,而实际上测到的电子中微子数量仅为预测值的1/3,此即太阳中微子问题。随后的解决方案包括了中微子振荡的概念,指出中微子可以改变它的味。在伯里中微子观测站针对各种类型的太阳中微子进行总通量测量后,证实了此概念的正确性,并且确认了中微子具有质量。
太阳模型亦可预测太阳中微子的能谱。能谱是一项研究上的关键信息,原因是不同的中微子侦测实验有各自高侦测敏感度的能量范围。霍姆斯提克实验(英语:Homestake Experiment)使用氯,而对铍同位素Be衰变反应产生的太阳中微子最为敏感;伯里中微子观测站的设备则是对硼同位素B反应产生的中微子最为敏感;使用镓的侦测器则对质子﹣质子链反应产生的中微子最为敏感。
于2012年,称作Borexino(英语:Borexino)的共同研究计划报导了侦测到低能量中微子的结果,这种中微子源于质子﹣电子﹣质子反应(英语:Proton-electron-proton, PEP;参见质子﹣质子链反应),太阳中每400颗氘核会产生1颗低能量中微子。此计划的侦测器使用了100公顿的液体,每日平均发生3次侦测事件(因为碳11生成),起源是相对罕见的热核反应。
中微子可引发核反应。不同年代的古老矿脉暴露在不同程度的中微子照射,时间尺度则长到以地质年代计;透过观察这些矿脉则可以研究太阳光度在时间上的变化。根据标准太阳模型,太阳光度是随着时间演变的。
相关条目
中微子振荡
太阳中微子问题
中微子探测器
中性粒子振荡(英语:Neutral particle oscillation)
延伸阅读
Haxton, W.C.; Hamish Robertson, R.G.; Serenelli, Aldo M. Solar Neutrinos: Status and Prospects. Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 18 August 2013, 51 (1): 21–61.Bibcode:2013ARA&A..51...21H. arXiv:1208.5723. doi:10.1146/annurev-astro-081811-125539.
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