恒星热核聚变点亮“地球上的星星”

我们的太阳如何发光？科学家通过太阳中微子的发现证实，在太阳内部主要产生了原子核反应，核聚变过程为太阳的闪亮提供了动力之源，驱动了太阳光和热的释放。通过对太阳中微子的监测，物理学家解释了太阳内部质子与质子之间的核聚变机理，实验证实了太阳核心区能源产生的机制。经过长期不懈的探测，物理学家最终证实了低能中微子的存在，太阳中微子的存在证实了太阳闪耀、内在核反应的直接证据。科学家在验证恒星核合成理论的有效性上迈出了至关重要的步骤，未来更为灵敏、精确的实验手段将会修正现有理论的偏差和缺陷，开启向新物理学进发的航程。

氢原子通过核聚变反应转变为氦原子，核聚变过程释放了大量能量，热核聚变能占到了太阳总能量的99%。太阳内部多极化的核反应表现为恒星内部的炙热、致密的核心开始，两个质子聚变成氘（重氢），它是氢的重同位素，原子核由一个质子和一个中子构成，其中一个熔解的质子转变为中子，在聚变过程中释放了一个正电子，它是电子的对应物或电子的反物质粒子，正电子产生后即刻发生湮灭反应，正电子和负电子经过碰撞产生了中微子，在太阳内部“四处碰壁”的中微子轻而易举地突破层层设防的太阳包围圈，直接逃逸到太阳周围的太空，中微子在太空的所有方向都以光速向外运动。

太阳内部的其它核反应机制同样产生了中微子，抵达地球的中微子数量十分惊人，它们对地表的轰炸强度相当于每秒每平方厘米1000亿个，中微子几乎没有质量，人们完全感觉不到中微子“狂轰乱炸”的冲击效应。中微子产生于太阳内部质子与质子的核聚变反应，数量相当于太阳系整个中微子数量的90%，中微子有相对低的能量，它们的信号往往被地表上普通物质产生的放射性衰变掩盖了。自从上个世纪60年代以来，一些个能量较高、相对活跃的太阳中微子被探测到了，但直到目前为止，科学家没有探测到通过质子与质子的核反应产生的中微子。

在意大利拉圭拉地区附近的格兰萨索国家实验室，科研人员使用了封装在地下一公里深处的Borexino探测器，他们成功地探测了中微子，它们是通过太阳核心区质子与质子的核反应产生的。马赛诸塞大学阿姆赫斯特分校的物理学家安德里亚·波卡尔和合作伙伴将探索的成果发表在新一期的《自然》杂志。太阳物理学家对太阳的核子反应机制有了基本的了解，但他们对每一类的核反应机制和相关的重要性产生了一些模糊、甚至错误的认识，没有彻底解释太阳如何发光的问题。加州大学尔湾分校的中微子物理学家迈克尔·森密解释说，Borexino探测器合作项目的实验目标是直接探测中微子的活动轨迹，太阳中微子的发现在物理学上有里程碑的意义，证实了银河系大约有90%的恒星产生了大部分自身所需的能量。

银河系的恒星与我们的太阳十分相似，很多银河系的恒星质量更低，最新的发现为太阳核心区描绘了一幅“快照”，中微子产生于太阳的核心区，它们到达地球的时间仅为8分钟。Borexino实验室的核心是一个尼龙材料制成的大容器，在容器内灌装了278吨超纯的苯类物质液体，光从液体中闪射出来，而穿透液体的中微子通过对电子的激发产生了散射光点。超纯的苯类物质液体来自原油，由碳—14构成的液体几乎没有任何放射性，它们隐藏了中微子信号。超纯的碳—14液体被889吨非闪射性的液体包裹，形成了一道容器内部的保护层，起到了保护容器的作用，避免了实验装置中2212个光探测器由于释放杂乱辐射而带来的危害。

Borexino具备了探测低能量中微子流动的功能，目前的精确度只有10%，提高未来实验的精确度是一项基本的要求，其中涉及到理论预测和对潜在性新物理学的检验。举例来说，在探测器检测到的中微子能量和到达地球的太阳中微子能量之间存在微小的不匹配，可能预示了暗物质的存在。物理学家假设暗物质是看不见的物质，它们构成了宇宙物质的绝大部分，人们对神秘的暗物质知之甚少。西班牙贝尔拉特拉空间科学研究院的天体物理学家奥尔多·瑟润莱利解释说，Borexino实验室检验了最好的描述中微子“风味”转换的物理模型，从太阳核心区发出的中微子向外太空穿越，中途产生了形态的转变，从电子中微子转化为两种其它形态的中微子，电子中微子、τ中微子和μ中微子是中微子的三种形态。

（编译：2014-9-1）