Borexino detector
INFN

我们常常听到太阳的能量来源是「核融合」,将四个氢原子合成一个氦原子,并在过程中释出大量的能量。但事实上,科学家推测氢原子在恒星中融合成氦原子的方式有两种,一个称为「质子-质子链反应」,而另一个则是「碳氮氧循环」。在质子-质子链反应当中,两对氢原子会融合成氘,产出的两个氚原子会再各与一个氢原子融合成氦-3,最后两个氦-3 会再次融合成为一个氦-4,并释出两个氢原子。这反应在温度较「低」的星体当中较为常见,也是我们的太阳主要将氢融合成氦的方式。

另一种「碳氮氧循环」则复杂得多,由碳、氮、氧的各种同位素,分成六个阶段吸收四个氢原子,最后分出一个氦-4 原子。之所以称其为「循环」,是因为它是一种触媒反应,在过程当中的各种同位素都不会被消耗,而是维持着原本的数量。碳氮氧循环需要较高的温度下才会发生,所以一般认为太阳质量 1.3 倍的星体当中,碳氮氧循环才会成为核融合的主力。但太阳的质量刚刚好勉强达到了能触发碳氮氧循环的下限,所以科学家自 1938 年来就一直猜测在太阳深处可能有少量的碳氮氧循环在进行,但却没有直接的证据。

今次是由意大利的一个核物理团队,利用其高敏感度的 Borexino 微中子感应器,首度确认了来自于碳氮氧循环的微中子。然而由于微中子几乎不与任何物质交互作用,纵使太阳每秒都会送出数以兆计的微中子穿过 Borexino 的感测器,一整天下来 Borexino 可能只会侦测到其中的数十个,而且这绝大部份都是质子-质子链反应的微中子,能证实是源自于比例极低的碳氮氧循环是个相当了不起的里程碑。据分析,碳氮氧循环产生的微中子大约只占总数的 1%,与理论相符合,也让科学家对于碳氮氧循环理论的正确性有了更大的把握了呢。