Detektor XENONnT, smješten 1.400 metara ispod planine Gran Sasso u Italiji, prvi je put zabilježio niskoenergetske Sunčeve neutrine u raspršenju na elektronima. Mjerenje spušta prag izravnog opažanja na približno 17 kiloelektronvolti i otvara novi pogled na čestice koje nastaju u Sunčevoj jezgri.
Neutrini gotovo uopće ne djeluju s materijom. Svake sekunde deseci milijardi tih čestica prolaze kroz svaki četvorni centimetar Zemlje, ali većina nastavlja put kroz planet bez ikakva traga. Signal je zbog toga slab, a pozadinsko zračenje detektora mnogo je jače.
Signal iz glavnog izvora Sunčeve energije
Zabilježeni signal pretežno čine pp-neutrini. Oni nastaju u proton-protonskom lancu, nizu fuzijskih reakcija kojima Sunce pretvara vodik u helij. Taj lanac proizvodi najveći dio Sunčeve energije i gotovo sve neutrine koje naša zvijezda emitira.
Dosadašnja mjerenja otkrila su Sunčeve neutrine viših energija. XENONnT sada ulazi u područje u kojem su događaji slabiji, a radioaktivnu i drugu pozadinu teže je izdvojiti. Pojedinosti postupka i analize autori iznose u novom znanstvenom radu.
U središtu eksperimenta nalazi se komora s 5,9 tona iznimno čistog tekućeg ksenona. Kada neutrino udari u elektron, nastaju bljesak i oblak elektrona. Detektor bilježi oba signala, a njihov odnos omogućuje procjenu energije događaja.
Detektor izgrađen za potragu za tamnom tvari
XENONnT nije izvorno napravljen za proučavanje Sunca. Njegova je glavna zadaća potraga za česticama tamne tvari, nevidljivim sastojkom koji bi trebao činiti većinu materije u svemiru. Velik spremnik ksenona i stroga kontrola svih izvora smetnji pritom su nužni.
Iste značajke korisne su i pri mjerenju neutrina. Velika masa povećava vjerojatnost rijetke interakcije, a podzemni laboratorij štiti uređaj od kozmičkog zračenja. Precizno praćenje pozadine omogućuje istraživačima da među zabilježenim događajima traže one koji odgovaraju spektru pp-neutrina.
Suradnja XENON okuplja približno 30 istraživačkih ustanova. Rezultat pokazuje da detektori namijenjeni tamnoj tvari mogu istodobno služiti kao osjetljivi opservatoriji za neutrine.
Što mjerenje govori o Suncu
Sunčevi neutrini napuštaju jezgru gotovo neometano. Fotoni proizvedeni u istim reakcijama do površine putuju stotinama tisuća godina i pritom se bezbroj puta sudaraju s česticama u unutrašnjosti. Neutrini do Zemlje stižu za nešto više od osam minuta i nose izravnu informaciju o uvjetima u središtu zvijezde.
Mjerenja pp-neutrina mogu pokazati koliko dobro modeli opisuju temperaturu, gustoću i kemijski sastav Sunčeve jezgre. Precizniji podaci mogli bi otkriti i odstupanja od fizike koju obuhvaća današnji standardni model čestica.
Neutrini imaju važnu ulogu i u proučavanju eksplozija zvijezda. Njihov nagli porast mogao bi najaviti buduću supernovu u Mliječnoj stazi, dok Sunčevi neutrini daju neprekidan uvid u rad naše zvijezde.
Ovo mjerenje ne obuhvaća sve vrste Sunčevih neutrina. Riječ je o koraku prema još nižim energijama i preciznijem određivanju njihova spektra. Veća količina podataka trebala bi pomoći u razlikovanju rijetkih Sunčevih događaja od preostale pozadine.
