Mysteriöse Teilchen schießen durch Erde werfen Licht auf Sonne

Milliarden von ätherischen Teilchen, sogenannte Neutrinos Gießen Sie durch uns jede Sekunde von der Sonne. In letzter Zeit haben Wissenschaftler erkannt, dass diese geheimnisvollen Entitäten Masse besitzen, wenn auch eine kleine Menge, trotz vorherigen Vorhersagen, dass sie keine hatten.

Jetzt ist ein riesiges wissenschaftliches Experiment befindet sich tief unter den Bergen in Italien Neutrinos von der Sonne mit noch nie da gewesenen Detail analysieren, die eines Tages helfen könnte, das Rätsel zu lösen, die Neutrinos sowie beleuchten auf das Innenleben von Sternen darstellen.

Neutrinos entstehen durch Kernreaktionen und bestimmte Arten des radioaktiven Zerfalls. Sie werden in großen Scharen in der nuklearen Ofen der Sonne, fließt durch die Erdoberfläche in Zahlen so hoch wie 420 Milliarden pro Quadratzoll (65 Milliarden pro quadratischen Zentimeter) pro Sekunde erstellt. Jedoch sie haben eine neutrale elektrische Ladung und fast nie interagieren mit anderen Teilchen, was bedeutet, dass sie durch regelmäßige Materie nahezu unberührt, nur selten zuschlagen in Atome zu streamen.

Die neuen Erkenntnisse stammen aus der Borexino-Experiment unter dem Apennin am Gran Sasso National Laboratory in Italien, eines der sensibelsten Neutrino-Detektoren auf dem Planeten begraben.

Ein anderes experiment im Gran Sasso, genannt Oper, auch Neutrinos studiert, aber sucht in einem Labor in der Schweiz, anstatt diejenigen, die aus der Sonne entstehenden Teilchen. OPERAS Wissenschaftsteam Schlagzeilen vor kurzem Ergebnisse bekannt, die vorschlagen, dass Neutrinos schneller als die Lichtgeschwindigkeit unterwegs sein können, galt als der ultimative kosmischen Tempolimit. [Top 10 Auswirkungen von Neutrinos schneller als Licht]

Versteckten Masse

Wissenschaftler hatten genau die Eigenschaften von fast allen subatomaren Teilchen, aus denen sich unser Universum mit einer Theorie, die lange vorgeschlagen hatte, dass Neutrinos masselos waren vorhergesagt.

Allerdings entdeckten beginnend in den späten 1990er Jahren, Forscher, dass Neutrinos Masse, hatte allerdings eine verschwindend kleine Menge. Es bleibt ein Rätsel, warum Neutrinos so Themenkreise kleiner als jedes andere bekannte Teilchen – sind etwa 500.000-Mal kleiner als das Elektron – eine, die Hinweise auf neue Wissenschaft und möglicherweise einen Zoo von als-noch unbekannte Teilchen zu entdecken.

Borexino Experiment Instrument verwendet 2.200 Sensoren, um Neutrinos in äußerst seltenen Fällen zu erkennen, mit denen sie mit rund 300 Tonnen einer speziellen organischen Flüssigkeit interagieren. All dies befindet sich in der Mitte einer großen Kugel von etwa 2.000 Tonnen reines Wasser umgeben.

"Wir überschreiten die Design-Empfindlichkeit des Detektors, die bei ihrer Entstehung fast unmöglich zu erreichen schien," sagte Forscher Andrea Pocar, ein Physiker an der University of Massachusetts, Amherst, SPACE.com in einer e-Mail. "Der Hauptgrund des Borexino Empfindlichkeit ist seine beispiellose radiologischen Reinheit – d. h. ultra-niedrigen Niveau der Spur Radioaktivität Kontamination. Das zentrale 300 Tonnen flüssigen Szintillator Ziel hat einen Gehalt von Uran-238 und Thorium-232, Hunderte Milliarden Mal niedriger als in "normalen" Staub — typische Konzentrationen sind etwa 1 Teil pro million von Gewicht gemeinsam Materialien und Böden. "

Insgesamt halten die Reinheit dieser organischen Flüssigkeit entlang der Schutzschicht aus Wasser und die Berge höher, Kern als die meisten freien Spur Strahlung auf dem Planeten Website. Dadurch wird sichergestellt, dass fast alles, was er erkennt in der Tat ein Neutrino ist.

Direkt von der Sonne

Obwohl Borexino erkennt Neutrinos aus Quellen auf der Erde, wie Kernreaktoren, internationales Team von fast 100 Physikern, Ingenieuren und Technikern aus Italien, den USA, Deutschland, Russland und Frankreich arbeiten bei Borexino konzentriert sich hauptsächlich auf Neutrinos von der Sonne.

"Borexino ist der einzige Detektor in der Lage, das gesamte Spektrum der solaren Neutrinos auf einmal zu beobachten", sagte Forscher Laura Cadonati, ein Physiker an der University of Massachusetts in Amherst.

Die Sonnen-Neutrinos, die Borexino erkennt gehören diejenigen aus dem radioaktiven Zerfall von Beryllium-7 (7Be) Atome. Diese Produkt-Neutrinos werden vorausgesagt, um etwa 10 Prozent der Masse bilden, die von der Sonne fließt. Diese niedrig-Energie-Teilchen wurden unterhalb der beobachtbaren Schwelle des letzten Detektoren.

Borexino untersuchte auch das seltsame Phänomen der Neutrino-Oszillation, die ihre Masse zugrunde liegt. Neutrinos kommen in drei Arten oder "Geschmacksrichtungen" — Elektron, Myon und Tau. Wie sie durch den Raum zip, Neutrinos ändern oder "schwingen" von einem Geschmack zu einem anderen, und ihre Masse ergibt sich aus diesen Veränderungen.

Wechselnden Aromen

Frühere Instrumente in Kanada und Japan entwickelt, um höhere Energie Neutrinos zu erkennen hatte schon Beweise für ihren Geschmack Schwingungen, sondieren 1 Zehntausendstel der solaren Neutrinos, die Erde und ihre Schwingungen durchströmen. Die neuen Daten aus Borexino auf energieärmeren Neutrinos jetzt helfen bestätigen, dass solar Neutrino-Oszillationen energieabhängige — energieärmeren solaren Neutrinos sind eher in der Elektron-Geschmack als höhere Energie zu kommen.

"Die Daten bestätigen die Neutrino-Oszillationen, Geschmack Änderungen und Flow von Modellen der Sonne und der Teilchenphysik vorhergesagt", sagte Cadonati.

Die Forscher fanden auch keinen Unterschied zwischen Tag und Nacht in den Fluss von 7Be Neutrinos. Einige Wissenschaftler hatte vorgeschlagen, dass eine Diskrepanz existieren könnte, weil in der Nacht die Erde Masse zwischen der Sonne und Borexino kommt.

"Die Querung durch die Erde scheint nicht zu Neutrinos Geschmack ändern", sagte Pocar.

Insgesamt helfen diese Ergebnisse ausschließen, exotischere Erklärungen für Neutrino-Oszillation, als derzeit vorhanden sind. Dazu gehören Modelle, in denen Neutrinos in als zerfallen können- noch unentdeckte Teilchen, neue Wege für Neutrinos mit regelmäßigen Materie und Schwingungen in so genannte sterile Neutrinos, die mit noch weniger als gewöhnliche Neutrinos, normale Materie wechselwirken Pocar gesagt zu interagieren.

Sondierung der Sterne

In der Zukunft hoffen die Wissenschaftler, die Herkunft aller Arten von Neutrinos von der Sonne kommen. Dies kann helfen, die relativen Pegel der Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff, vertiefen unser Verständnis der wie die Sonne entwickelt hat und wie seine Arbeitsweise im Vergleich zu der größeren Sternen zu bewerten.

"Die Fusion der Kohlenstoff-Stickstoff-Sauerstoff-Zyklus soll die dominante in schwereren Sternen sein und detailliertes Verständnis der Funktionsweise in der Sonne würde Auswirkungen wie quantitativ verstehen wir alle anderen Sterne" Pocar gesagt.

Neutrino-Detektoren sind die einzige Art und Weise Wissenschaftler haben von imaging-direkt den Kern der Sonne, da nur Neutrinos aus dem dichten solar Kern im wesentlichen ungestört entweichen können, sagte Pocar.

"Borexino Neutrinos mit ist, erkunden das Innere der Sonne, auf der Suche nach neuen, spannenden hinweisen, um die Geheimnisse des Universums, dass wir nicht sehen können," sagte Cadonati.

Die Hoffnung bleibt, dass Borexino konnte erkennen, eine neue Art von Neutrinos von der Sonne, die helfen könnten Aufschluss über das Geheimnis dieser Teilchen.

"Sie haben immer die Hoffnung, Überraschungen, einige kleine Abweichungen von den Erwartungen", sagte Pocar. "Die solar Neutrino-Oszillationen-Modell wird noch strengere Test in der Hoffnung auf der Suche nach kleinen, aber überzeugende Abweichungen von den Erwartungen, die die Zeichen für die neue fundamentale Physik offenbaren könnte getötet werden."

Die Wissenschaftler detaillierte Befunde Online-Sept. 30 in der Fachzeitschrift Physical Review Letters.

Wurde diese Geschichte von SPACE.com, eine Schwester Website LiveScience zur Verfügung gestellt. Folgen SPACE.com für die neuesten Weltraumwissenschaft und Exploration News auf Twitter @Spacedotcom und auf Facebook.