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Comprehensive measurement of pp-chain solar neutrinos
Nature ( IF 50.5 ) Pub Date : 2018-10-01 , DOI: 10.1038/s41586-018-0624-y
Nature ( IF 50.5 ) Pub Date : 2018-10-01 , DOI: 10.1038/s41586-018-0624-y
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About 99 per cent of solar energy is produced through sequences of nuclear reactions that convert hydrogen into helium, starting from the fusion of two protons (the pp chain). The neutrinos emitted by five of these reactions represent a unique probe of the Sun’s internal working and, at the same time, offer an intense natural neutrino beam for fundamental physics. Here we report a complete study of the pp chain. We measure the neutrino–electron elastic-scattering rates for neutrinos produced by four reactions of the chain: the initial proton–proton fusion, the electron-capture decay of beryllium-7, the three-body proton–electron–proton (pep) fusion, here measured with the highest precision so far achieved, and the boron-8 beta decay, measured with the lowest energy threshold. We also set a limit on the neutrino flux produced by the 3He–proton fusion (hep). These measurements provide a direct determination of the relative intensity of the two primary terminations of the pp chain (pp-I and pp-II) and an indication that the temperature profile in the Sun is more compatible with solar models that assume high surface metallicity. We also determine the survival probability of solar electron neutrinos at different energies, thus probing simultaneously and with high precision the neutrino flavour-conversion paradigm, both in vacuum and in matter-dominated regimes.All components of the proton–proton nuclear fusion chain, in which hydrogen is converted into helium in the Sun, are described, with several implications for fundamental solar and particle physics.
中文翻译:
pp链太阳中微子综合测量
大约 99% 的太阳能是通过将氢转化为氦的一系列核反应产生的,从两个质子(pp 链)的融合开始。其中五个反应发出的中微子代表了对太阳内部工作的独特探测,同时为基础物理学提供了强烈的自然中微子束。在这里,我们报告了对 pp 链的完整研究。我们测量了由链的四个反应产生的中微子的中微子 - 电子弹性散射率:初始质子 - 质子聚变,铍 7 的电子捕获衰变,三体质子 - 电子 - 质子(pep)聚变,此处以迄今为止实现的最高精度测量,而硼 8 β 衰变以最低能量阈值测量。我们还对 3He-质子聚变 (hep) 产生的中微子通量设定了限制。这些测量直接确定了 pp 链的两个主要末端(pp-I 和 pp-II)的相对强度,并表明太阳中的温度分布与假设高表面金属丰度的太阳模型更兼容。我们还确定了太阳电子中微子在不同能量下的存活概率,从而同时并高精度地探测真空和物质主导状态下的中微子风味转换范式。 质子 - 质子核聚变链的所有组成部分,在描述了在太阳中氢被转化为氦的过程,对基础太阳和粒子物理学有几个影响。这些测量直接确定了 pp 链的两个主要末端(pp-I 和 pp-II)的相对强度,并表明太阳中的温度分布与假设高表面金属丰度的太阳模型更兼容。我们还确定了太阳电子中微子在不同能量下的存活概率,从而同时并高精度地探测真空和物质主导状态下的中微子风味转换范式。 质子 - 质子核聚变链的所有组成部分,在描述了在太阳中氢被转化为氦的过程,对基础太阳和粒子物理学有几个影响。这些测量直接确定了 pp 链的两个主要末端(pp-I 和 pp-II)的相对强度,并表明太阳中的温度分布与假设高表面金属丰度的太阳模型更兼容。我们还确定了太阳电子中微子在不同能量下的存活概率,从而同时并高精度地探测真空和物质主导状态下的中微子风味转换范式。 质子 - 质子核聚变链的所有组成部分,在描述了在太阳中氢被转化为氦的过程,对基础太阳和粒子物理学有几个影响。
更新日期:2018-10-01
中文翻译:
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pp链太阳中微子综合测量
大约 99% 的太阳能是通过将氢转化为氦的一系列核反应产生的,从两个质子(pp 链)的融合开始。其中五个反应发出的中微子代表了对太阳内部工作的独特探测,同时为基础物理学提供了强烈的自然中微子束。在这里,我们报告了对 pp 链的完整研究。我们测量了由链的四个反应产生的中微子的中微子 - 电子弹性散射率:初始质子 - 质子聚变,铍 7 的电子捕获衰变,三体质子 - 电子 - 质子(pep)聚变,此处以迄今为止实现的最高精度测量,而硼 8 β 衰变以最低能量阈值测量。我们还对 3He-质子聚变 (hep) 产生的中微子通量设定了限制。这些测量直接确定了 pp 链的两个主要末端(pp-I 和 pp-II)的相对强度,并表明太阳中的温度分布与假设高表面金属丰度的太阳模型更兼容。我们还确定了太阳电子中微子在不同能量下的存活概率,从而同时并高精度地探测真空和物质主导状态下的中微子风味转换范式。 质子 - 质子核聚变链的所有组成部分,在描述了在太阳中氢被转化为氦的过程,对基础太阳和粒子物理学有几个影响。这些测量直接确定了 pp 链的两个主要末端(pp-I 和 pp-II)的相对强度,并表明太阳中的温度分布与假设高表面金属丰度的太阳模型更兼容。我们还确定了太阳电子中微子在不同能量下的存活概率,从而同时并高精度地探测真空和物质主导状态下的中微子风味转换范式。 质子 - 质子核聚变链的所有组成部分,在描述了在太阳中氢被转化为氦的过程,对基础太阳和粒子物理学有几个影响。这些测量直接确定了 pp 链的两个主要末端(pp-I 和 pp-II)的相对强度,并表明太阳中的温度分布与假设高表面金属丰度的太阳模型更兼容。我们还确定了太阳电子中微子在不同能量下的存活概率,从而同时并高精度地探测真空和物质主导状态下的中微子风味转换范式。 质子 - 质子核聚变链的所有组成部分,在描述了在太阳中氢被转化为氦的过程,对基础太阳和粒子物理学有几个影响。