Детектор Борексино зафиксировал геонейтрино из центра Земли

Нейтрино и его аналог антивещества, антинейтрино, являются субатомными частицами, которые настолько редко взаимодействуют с другим веществом, что могут пройти через стену свинца толщиной в сотни тысяч километров.

Эти частицы постоянно образуются в ядерных реакциях звезд, в реакциях деления, которые приводят в действие атомные электростанции, и глубоко в земной коре и мантии в результате радиоактивного распада таких элементов, как уран-238 и торий-232.

Каждую секунду около шести миллионов геонейтрино проникают через каждый квадратный сантиметр поверхности нашей планеты.

Детектор Borexino, расположенный в лаборатории Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Италия, является одним из немногих детекторов в мире, способных наблюдать эти неуловимые частицы.

«Борексино» состоит из сферы шириной 18 метров, содержащей 280 тонн жидкого сцинтиллятора, окруженного фотоприемниками. Входящие нейтрино могут — в редких случаях, взаимодействовать с веществом в сцинтилляторе, производя обнаруживаемый световой сигнал.

Первоначально построенный для изучения солнечных нейтрино, детектор также служит геонейтринной обсерваторией. Предыдущие результаты подтвердили, что наша планета испускает около 10²⁵ геонейтрино в секунду (примерно триллионная часть нейтрино, которые испускает Солнце).

«Геонейтрино являются единственными прямыми следами радиоактивных распадов, которые происходят внутри Земли и которые производят пока еще неизвестную часть энергии, управляющей всей динамикой нашей планеты», — сказала координатор Borexino профессор Ливия Лудхова, глава группы нейтрино в Институте ядерной физики в Forschungszentrum Jülich.

Ученые проанализировали массив данных, собранных детектором Borexino в период с декабря 2007 года по апрель 2019 года. Исследователи обнаружили в общей сложности 53 геонейтрино из урана-238 и тория-232. Они также оценили общее тепло Земли в 38,2 тераватт (ТВТ).

«Гипотеза о том, что в мантии больше нет радиоактивности на глубине, теперь может быть впервые исключена при уровне достоверности 99%», — говорят исследователи. «Это позволяет установить более низкие пределы содержания урана и тория в мантии Земли».

Эти значения представляют интерес для многих различных расчетов модели Земли. Например, весьма вероятно (85%), что процессы радиоактивного распада внутри Земли генерируют более половины внутреннего тепла планеты.

Таким образом, радиоактивные процессы в Земле обеспечивают значительную часть энергии, которая питает вулканы, землетрясения и магнитное поле планеты.