Prestiżowa nagroda za eksperyment BOREXINO, w którym pracują fizycy UJ

Nagroda została przyznana współpracy BOREXINO za "przełomowe badania strumieni neutrin słonecznych z cyklu PP i CNO, które stanowią unikatowy i spójny test termojądrowego generatora energii w Słońcu”.

Detektor BOREXINO w Laboratorium Podziemnym w Gran Sasso włoskiego Istituto Nazionale di Fisica Nucleare nieprzerwanie od 2007 roku zbiera dane o neutrinach rodzących się w Słońcu. Dane te można wykorzystać zarówno do sformułowania ważnych stwierdzeń dotyczących procesów odpowiedzialnych za produkcję energii w Słońcu, jak i do zbadania własności samych neutrin.

Eksperyment BOREXINO prowadzony jest w ramach intensywnej współpracy fizyków z Włoch, Niemiec, Francji, Polski, Stanów Zjednoczonych i Rosji. Polskę reprezentuje krakowska grupa naukowców z Zakładu Doświadczalnej Fizyki Komputerowej Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Jagiellońskiego. Z Instytutu Fizyki im. M. Smoluchowskiego UJ w eksperymencie BOREXINO biorą udział prof. Marcin Wójcik, dr hab. prof. UJ Grzegorz Zuzel, dr Marcin Misiaszek i dr Anna Jany.

Badania prowadzone przez polską grupę finansowane są przez Narodowe Centrum Nauki w ramach programów Harmonia i Sonata-bis.

Pomiary i badania eksperymentalne BOREXINO doprowadziły z jednej strony do dokładnego poznania mechanizmu produkcji energii w Słońcu, a z drugiej do zbadania w obszarze niskich energii tak zwanego zjawiska oscylacji neutrin, tj. przekształcania neutrin z jednego rodzaju w inny. W 2020 roku w eksperymencie BOREXINO po raz pierwszy zarejestrowano słoneczne neutrina z tzw. cyklu CNO. Oznacza to pierwsze eksperymentalne potwierdzenie istnienia dodatkowego źródła energii słonecznej. Wyniki międzynarodowych badań, w których brali udział fizycy z UJ, opublikowano w "Nature". Bezpośredni pomiar strumienia neutrin pp został uznany przez „Physics World – the member magazine of the Institute of Physics” za jedno z dziesięciu przełomowych osiągnięć w 2014 roku.

Życie na Ziemi możliwe jest m.in. dzięki obecności światła i ciepła ze Słońca. A energię Słońca zawdzięczamy zachodzącej tam fuzji jądrowej. W wyniku tej fuzji jądra najlżejszego pierwiastka - wodoru - łączą się tworząc jądro cięższego pierwiastka - helu, przy okazji uwalniając cząstki niosące dużo energii. Taka fuzja jądrowa na Słońcu może zachodzić na dwa sposoby: w tzw. cyklu PP (proton-proton), w którym produkowane jest 99 procent energii słonecznej. A drugą możliwością jest tzw. cykl CNO, gdzie powstanie helu jest możliwe przy obecności innych pierwiastków: węgla, azotu i tlenu, które odgrywają tam rolę katalizatora.

W ramach eksperymentu BOREXINO realizowanego na drodze pomiaru strumieni neutrin powstających w poszczególnych reakcjach termojądrowych, szczegółowo zbadany został główny mechanizm produkcji energii w Słońcu – we wspomnianym cyklu PP. A dzięki pierwszemu bezpośredniemu pomiarowi względnie niewielkiego strumienia neutrin z cyklu CNO, zespół BOREXINO dowiódł także istnienia tego dodatkowego źródła energii słonecznej.

"Pierwszy bezpośredni i dokładny pomiar strumienia neutrin typu PP z podstawowej reakcji termojądrowej zachodzącej w naszej najbliższej gwieździe był ogromnym sukcesem, natomiast rejestracja neutrin z cyklu CNO jest zwieńczeniem naszych ponad 25-letnich badań nad neutrinami słonecznymi. Niezwykłą intelektualną przygodą jest uczestniczenie w potwierdzeniu fundamentalnych przewidywań związanych ze strukturą gwiazd” – mówił wówczas Marcin Wójcik, profesor Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie, laureat Nagrody Premiera RP za wybitne osiągnięcie naukowe związane z eksperymentem BOREXINO.

Neutrina słoneczne mogą być obserwowane jedynie przez bardzo czułe detektory, w których wyeliminowano większość źródeł tła. Poprzez tło rozumiemy wszelkie procesy, które mogą imitować sygnał od neutrin (głównymi jego źródłami jest promieniowanie kosmiczne oraz naturalna promieniotwórczość). Aby wyeliminować pierwszy z tych czynników, detektor BOREXINO umieszczony został w Laboratorium Podziemnym w Gran Sasso – gruba warstwa skał, która go osłania, osłabia promieniowanie kosmiczne ponad milion razy (z wyjątkiem neutrin, które przenikają Ziemię bez przeszkód).

Aby zminimalizować wpływ naturalnej promieniotwórczości, detektor został zbudowany w kształcie przypominającym cebulę; jego kolejne warstwy w kierunku środka odznaczają się coraz większą radio-czystością. Centralne 300 ton tzw. ciekłego scyntylatora, w których obserwujemy oddziaływania neutrin, jest praktycznie wolne od promieniotwórczości, co nigdy do tej pory nie zostało osiągnięte w żadnym innym eksperymencie i co otworzyło możliwość rejestracji neutrin typu CNO.

Jak informuje Europejskie Towarzystwo Fizyczne, nagroda zostanie wręczona w lipcu br. podczas odbywającej się online międzynarodowej konferencji. Oprócz nagrody Giuseppe i Vanna Cocconi wręczone zostaną wówczas także inne nagrody Europejskiego Towarzystwa Fizycznego w dziedzinie fizyki wysokich energii.

O ich laureatach można przeczytać na stronie: https://eps-hepp.web.cern.ch/eps-hepp/prizes.php

PAP - Nauka w Polsce

ekr/ agt/