Ученые, участвующие в коллаборации Borexino, представили новые результаты измерения нейтрино, исходящих из недр Земли. Неуловимые «частицы-призраки» редко взаимодействуют с материей, что затрудняет их обнаружение. Благодаря этому обновлению исследователи теперь смогли получить доступ к 53 событиям - почти в два раза больше, чем при предыдущем анализе данных детектора Borexino, который расположен на 1400 метров ниже поверхности Земли в массиве Гран-Сассо недалеко от Рима.. Результаты дают эксклюзивное представление о процессах и условиях в недрах Земли, которые остаются загадочными и по сей день.
Земля сияет, даже если это совсем не видно невооруженным глазом. Причиной этого являются геонейтрино, которые образуются в процессах радиоактивного распада в недрах Земли. Каждую секунду около миллиона этих неуловимых частиц проникают в каждый квадратный сантиметр поверхности нашей планеты.
Детектор Borexino, расположенный в крупнейшей в мире подземной лаборатории Laboratori Nazionali del Gran Sasso в Италии, является одним из немногих детекторов в мире, способных наблюдать эти призрачные частицы. Исследователи используют его для сбора данных о нейтрино с 2007 года, то есть уже более десяти лет. К 2019 году им удалось зарегистрировать в два раза больше событий, чем на момент последнего анализа в 2015 году, - и снизить неопределенность измерений с 27 до 18 процентов, в том числе благодаря новым методам анализа.
«Геонейтрино - это единственные прямые следы радиоактивного распада, происходящего внутри Земли и производящего пока неизвестную часть энергии, определяющую всю динамику нашей планеты», - объясняет Ливия Лудхова, одна из двух нынешние научные координаторы Borexino и глава группы нейтрино в Институте ядерной физики (IKP) в Forschungszentrum Jülich.
Исследователи из коллаборации Borexino извлекли с улучшенной статистической значимостью сигнал геонейтрино, исходящий из мантии Земли, лежащей ниже земной коры, используя хорошо известный вклад самых верхних слоев мантии и коры Земли - так называется литосферой.
Интенсивное магнитное поле, непрекращающаяся вулканическая активность, движение тектонических плит и конвекция мантии: условия внутри Земли во многом уникальны для всей Солнечной системы. Вопрос о том, откуда берется внутреннее тепло Земли, ученые обсуждают уже более 200 лет.
Гипотеза об отсутствии радиоактивности на глубине мантии теперь впервые может быть исключена с доверительной вероятностью 99%. Это позволяет установить более низкие пределы содержания урана и тория в земной коре. плащ», - говорит Ливия Лудхова.
Эти значения представляют интерес для многих различных расчетов моделей Земли. Например, весьма вероятно (85 %), что процессы радиоактивного распада внутри Земли генерируют более половины внутреннего тепла Земли, а другая половина все еще в значительной степени является результатом первоначального образования Земли. Таким образом, радиоактивные процессы на Земле обеспечивают значительную часть энергии, которая питает вулканы, землетрясения и магнитное поле Земли.
Последняя публикация в Phys. Редакция D не только представляет новые результаты, но также всесторонне объясняет анализ как с точки зрения физики, так и геологии, что будет полезно для детекторов жидких сцинтилляторов следующего поколения, которые будут измерять геонейтрино. Следующая задача для исследования геонейтрино теперь состоит в том, чтобы иметь возможность измерять геонейтрино из мантии Земли с большей точностью, возможно, с помощью детекторов, расположенных в разных точках нашей планеты. Одним из таких детекторов будет детектор JUNO в Китае, в котором задействована группа нейтрино IKP. Детектор будет в 70 раз больше, чем Borexino, что поможет достичь более высокой статистической значимости за короткий промежуток времени.