Solneutrinofysiken har tystnat under det senaste decenniet. Tidigare hade det varit en källa till stor spänning och förbryllande för forskare när de kämpade för att upptäcka dessa svårfångade partiklar som emitterades från fusionsreaktionerna i solens centrum. Även om de är svåra att upptäcka ger de den mest direkta sonden av solkärnan. En gång lärde sig astronomer att upptäcka dem och löste problemet Solneutrinoproblem , kunde de bekräfta sin förståelse av den huvudsakliga kärnreaktionen som driver solen, den proton-proton (pp) reaktion . Men nu har astronomer för första gången upptäckt neutrinerna från en annan, mycket sällsyntare kärnreaktion, proton-elektron-proton (pep)-reaktionen.
Vid varje given tidpunkt omvandlar flera separata fusionsprocesser solens väte till helium, vilket skapar energi som en biprodukt. Huvudreaktionen kräver bildandet av deuterium (väte med en extra neutron i kärnan) som det första steget i en serie händelser som leder till skapandet av stabilt helium. Detta sker vanligtvis genom sammansmältning av två protoner som skjuter ut en positron, en neutrino och en foton. Men kärnfysiker förutspådde en alternativ metod för att skapa det nödvändiga deuteriumet. I den smälter en proton och en elektron samman först och bildar en neutron och en neutrino, och sedan förenas de med en andra proton. Baserat på solmodeller förutspådde de att endast 0,23 % av allt Deuterium skulle skapas av denna process. Med tanke på neutrinos redan svårfångade natur, har den minskade produktionshastigheten gjort dessa pep-neutriner ännu svårare att upptäcka.
Även om de kan vara svåra att upptäcka, är pep-neutriner lätt att skilja från de som skapas av pp-reaktionen. Den viktigaste skillnaden är energin de bär. Neutrinos från pp-reaktionen har ett energiintervall upp till maximalt 0,42 MeV, medan pep-neutriner bär mycket utvalda 1,44 MeV.
Men för att plocka ut dessa neutriner var teamet tvunget att noggrant rengöra data från signaler från kosmiska strålar som skapar myoner som sedan kunde interagera med kol inuti detektorn för att generera en neutrino med liknande energi som kan skapa en falsk positiv. Dessutom skulle denna process också skapa en fri neutron. För att eliminera dessa, avvisade teamet alla signaler från neutriner som inträffade inom en kort tid från en upptäckt av en fri neutron. Sammantaget indikerade detta att detektorn fick 4 300 myoner som passerade genom den per dag, vilket skulle generera 27 neutroner per 100 ton detektorvätska och på liknande sätt 27 falska positiva.
Genom att ta bort dessa upptäckter hittade teamet fortfarande en signal om neutriner med lämplig energi och använde denna för att uppskatta den totala mängden pep-neutriner som strömmar genom varje kvadratcentimeter till cirka 1,6 miljarder per sekund, vilket de noterar överensstämmer med de förutsägelser som gjorts av standardmodellen som används för att beskriva solens inre funktion.
Förutom att ytterligare bekräfta astronomers förståelse för de processer som driver solen, sätter detta fynd också begränsningar för en annan fusionsprocess, CNO-cykel . Även om denna process förväntas vara mindre i solen (endast cirka 2 % av allt helium som produceras), förväntas den vara effektivare i hetare, mer massiva stjärnor och dominera i stjärnor med 50 % större massa än solen. Bättre förståelse för gränserna för denna process skulle hjälpa astronomer att klargöra hur dessa stjärnor också fungerar.