Borexino detector
INFN

我們常常聽到太陽的能量來源是「核融合」,將四個氫原子合成一個氦原子,並在過程中釋出大量的能量。但事實上,科學家推測氫原子在恆星中融合成氦原子的方式有兩種,一個稱為「質子-質子鏈反應」,而另一個則是「碳氮氧循環」。在質子-質子鏈反應當中,兩對氫原子會融合成氘,產出的兩個氚原子會再各與一個氫原子融合成氦-3,最後兩個氦-3 會再次融合成為一個氦-4,並釋出兩個氫原子。這反應在溫度較「低」的星體當中較為常見,也是我們的太陽主要將氫融合成氦的方式。

另一種「碳氮氧循環」則複雜得多,由碳、氮、氧的各種同位素,分成六個階段吸收四個氫原子,最後分出一個氦-4 原子。之所以稱其為「循環」,是因為它是一種觸媒反應,在過程當中的各種同位素都不會被消耗,而是維持著原本的數量。碳氮氧循環需要較高的溫度下才會發生,所以一般認為太陽質量 1.3 倍的星體當中,碳氮氧循環才會成為核融合的主力。但太陽的質量剛剛好勉強達到了能觸發碳氮氧循環的下限,所以科學家自 1938 年來就一直猜測在太陽深處可能有少量的碳氮氧循環在進行,但卻沒有直接的證據。

今次是由義大利的一個核物理團隊,利用其高敏感度的 Borexino 微中子感應器,首度確認了來自於碳氮氧循環的微中子。然而由於微中子幾乎不與任何物質交互作用,縱使太陽每秒都會送出數以兆計的微中子穿過 Borexino 的感測器,一整天下來 Borexino 可能只會偵測到其中的數十個,而且這絕大部份都是質子-質子鏈反應的微中子,能證實是源自於比例極低的碳氮氧循環是個相當了不起的里程碑。據分析,碳氮氧循環產生的微中子大約只佔總數的 1%,與理論相符合,也讓科學家對於碳氮氧循環理論的正確性有了更大的把握了呢。