Ученые, участвующие в сотрудничестве Borexino, представили новые результаты для измерения нейтрино, происходящих из недр Земли. Неуловимые «частицы-призраки» редко взаимодействуют с веществом, затрудняя их обнаружение. Благодаря этому обновлению исследователи получили доступ к 53 событиям - почти вдвое больше, чем в предыдущем анализе данных с детектора Borexino, который расположен на 1400 метров ниже поверхности Земли в массиве Гран-Сассо недалеко от Рима. Результаты обеспечивают исключительное понимание процессов и условий в недрах Земли, которые остаются загадочными по сей день.
Земля сияет, даже если она вообще не видна невооруженным глазом. Причиной этого являются геонейтрино, которые образуются в результате процессов радиоактивного распада внутри Земли. Каждую секунду около миллиона 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 уменьшить погрешность измерений с 27 до 18 процентов, что также связано с новыми методами анализа.
«Геонейтрино являются единственными прямыми следами радиоактивных распадов, которые происходят внутри Земли и которые производят пока еще неизвестную часть энергии, управляющей всей динамикой нашей планеты», - объясняет Ливия Лудхова, одна из двух нынешних научных координаторов Борексино и руководитель группы нейтрино в Институте ядерной физики (IKP) в Forschungszentrum Jülich.
Исследователи из коллаборации Borexino с улучшенной статистической значимостью извлекли сигнал геонейтрино, поступающий из мантии Земли, которая находится под земной корой, путем использования хорошо известного вклада самой верхней мантии и коры Земли - так называемой литосферы.
Интенсивное магнитное поле, непрерывная вулканическая активность, движение тектонических плит и мантийная конвекция: условия внутри Земли во многих отношениях уникальны во всей солнечной системе. Ученые обсуждают вопрос о том, откуда происходит внутреннее тепло Земли более 200 лет.
«Гипотеза о том, что в мантии больше нет радиоактивности на глубине, теперь может быть впервые исключена при уровне достоверности 99%. Это позволяет установить более низкие пределы содержания урана и тория в мантии Земли », - говорит Ливия Лудхова.
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 Земли, в то время как другая половина все еще в значительной степени происходит от первоначального образования Земли. Поэтому радиоактивные процессы на Земле обеспечивают ничтожную часть энергии, которая питает вулканы, землетрясения и магнитное поле Земли.
Последняя публикация в Phys. Rev. D не только представляет новые результаты, но также объясняет анализ всесторонне с точки зрения физики и геологии, что будет полезно для детекторов жидкостных сцинтилляторов следующего поколения, которые будут измерять геонейтрино. Следующая задача для исследований с использованием геонейтрино заключается в том, чтобы теперь иметь возможность измерять геонейтрино из мантии Земли с большей точностью, возможно, с помощью детекторов, распределенных в разных местах на нашей планете. Одним из таких детекторов будет детектор JUNO в Китае, где задействована группа нейтрино IKP. Детектор будет в 70 раз больше, чем Borexino, что поможет в достижении более высокой статистической значимости за короткий промежуток времени.