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Der Borexino-Detektor (links) misst Neutrinos von der Sonne (rechts)
Quelle: Borexino Collaboration
Bereits 1938 sagten Physiker einen zweiten Mechanismus voraus, durch den die Sonne Fusionsenergie gewinnen würde. Dies wurde nun experimentell durch Messung von solaren Neutrinos bestätigt.
ichIn einem unterirdischen Labor in der Nähe der italienischen Stadt L’Aquila beobachteten Physiker einen Prozess in der Sonne und konnten so erstmals eine 1938 etablierte Theorie experimentell nachweisen. Unter einer Gesteinsschicht aus 1400 Meter dicke Lügen Nationale Laboratorien von Gran Sasso Ein Detektor namens Borexino, der die Neutrinos aufzeichnen kann, die entstehen, wenn Atomkerne in der Sonne verschmelzen.
Die Sonne setzt durch die Fusion von Wasserstoff (H) zu Helium (He) enorme Energiemengen frei. Zusätzlich zum direkten Fusionsweg konnten die Borexino-Forscher einen zweiten indirekten Weg nachweisen, bei dem Kohlenstoff (C), Stickstoff (N) und Sauerstoff (O) eine Rolle in Zwischenstufen spielen und dann emittieren wieder Kerne von Heliumatomen.
Dieser als CNO-Zyklus bezeichnete Prozess wurde 1938 von den Physikern Hans Bethe und Carl Friedrich von Weizsäcker vorhergesagt. Borexino-Wissenschaftler berichten nun in der Zeitschrift „Nature“, dass sie endlich die während des CNO-Zyklus freigesetzten Neutrinos mit ihrer charakteristischen Energie nachweisen konnten.
„Ich habe lange nicht gedacht, dass diese Messung erfolgreich sein kann“, erklärt der Physiker Stefan Schönert, Professor für experimentelle Studien, der an den Messungen teilgenommen hat. Astroteilchenphysik beim Technische Universität München.
Der Nachweis von Neutrinos, die durch die primäre Fusionsreaktion der Sonne erzeugt wurden, war bereits vor einigen Jahren im Gran Sasso-Labor erfolgreich. Die Messung von Neutrinos aus dem CNO-Zyklus war jedoch viel schwieriger. Denn im Messgerät erzeugen winzige Spuren radioaktiver Elemente, insbesondere Wismut-210, ebenfalls Neutrinos mit einer Energie, die der von CNO-Neutrinos sehr ähnlich ist.
Blick in den Borexino-Detektor
Quelle: Borexino-Zusammenarbeit
Forscher haben jahrelang daran gearbeitet, diese Streusignale zu eliminieren. Dazu war es notwendig, den Fluss innerhalb des Borexino-Detektors in der Körperflüssigkeit, die 278.000 Kilogramm wog, zu verhindern, damit die strahlenden Verunreinigungen nicht dorthin gelangen konnten.
Es gibt nur sehr wenige CNO-Neutrinos, die von der Sonne in diesen Detektor gelangen. Selbst kleinste Störungen machen zuverlässige Messungen unmöglich.
Im Messzeitraum von Juli 2016 bis Februar 2020 konnten Forscher von Borexino durchschnittlich 7,2 Neutrinos pro Tag und 100 Tonnen Messflüssigkeit erfassen. „Nach sechsjähriger Anstrengung konnten wir zum ersten Mal das CNO-Neutrino-Signal erkennen“, sagt Schönert.
Aus den Messungen konnten die Wissenschaftler auch den Anteil des zweiten Fusionsmechanismus der Sonne an der Gesamtenergieerzeugung ableiten: ein Prozent. Genau das haben wir theoretisch erwartet. Aber ohne experimentellen Beweis ist eine Theorie doch nur eine Theorie.
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