太阳是维持地球生命的基本引擎,它通过核聚变过程产生巨大的能量。同时,它释放一个co连续不断的中微子流——充当其内部动力学信使的粒子。
尽管现代中微子探测器揭示了太阳目前的行为,但它在数百万年期间的稳定性仍然存在重大问题-这一时间框架跨越了人类进化和重大气候变化。寻找这个问题的答案是LORandite实验(LOREX)的目标,它需要对太阳中微子在铊上的横截面有精确的了解。这一信息现在由一个国际合作的科学家提供,他们使用GSI/FAIR在达姆施塔特的实验存储环ESR的独特设施来获得一个重要的测量,这将有助于了解太阳的长期稳定性。测量结果发表在科学杂志《物理评论快报》上。
LOREX是唯一一个仍在积极进行的长期太阳地球化学中微子实验。在20世纪80年代提出,它的目标是测量平均超过400万年的太阳中微子通量,这与氯锰矿的地质年龄相对应。
在太阳中产生的中微子与存在于lorandite矿物(TlAsS2)中的铊(Tl)原子相互作用,并将它们转化为铅(Pb)原子。同位素205Pb特别有趣,因为它的半衰期长达1700万年,这使得它在lorandite矿石的400万年时间尺度上基本稳定。由于目前无法直接测量205Tl上的中微子截面,德国达姆斯塔特GSI/FAIR的研究人员想出了一个聪明的方法来测量中微子截面所需的相关核物理量。他们利用了这样一个事实,即核基质元素的数量也决定了完全电离的205Tl81+到205Pb81+的束缚态衰变速率。
由于GSI/FAIR的实验存储环(ESR)的独特功能,完全电离的205Tl81+离子的束缚态β衰变的半衰期的实验测量才成为可能。ESR是目前唯一可以进行这种测量的设施。205Tl81+离子是在GSI/FAIR的碎片分离器(FRS)中使用核反应产生的,然后储存足够长的时间以观察其衰变并在储存环中成功测量。“几十年来,加速器技术的不断进步使得产生强烈而纯净的205Tl81+离子束成为可能,并能高精度地测量其衰变,”实验发言人、欧洲研究委员会(ERC)整合者资助ASTRUm的首席研究员尤里·a·利特维诺夫教授说。
“该团队测量到205Tl81+ β衰变的半衰期为291(+33/-27)天,这是一个关键的测量,可以确定太阳中微子捕获截面,”参与该项目的博士后研究员陈瑞久博士解释说。一旦LOREX项目确定了洛菱矿矿物中205Pb原子的浓度,就有可能深入了解太阳的进化史及其与地球气候数千年的关系。
加布里埃尔教授Martínez-Pinedo和托马斯内夫博士说:“这个里程碑式的实验突出了核天体物理学在回答有关宇宙的基本问题方面的力量。”他们领导了将测量结果转换为中微子截面的理论工作。
该论文的第一作者拉甘迪普·辛格·西杜博士强调了它更广泛的意义:“这个实验突出了一个单一的、尽管具有挑战性的测量方法,如何在解决与太阳演化有关的重大科学问题方面发挥关键作用。”
该出版物致力于纪念已故的同事Fritz Bosch, Hans Geissel, Paul Kienle和Fritz Nolden,他们的贡献对该项目的成功至关重要。