Environ 99% de l'énergie solaire émise sous forme de neutrinos est produite par des séquences de réactions nucléaires initiées par la fusion proton-proton (pp) dans laquelle l'hydrogène est converti en hélium, disent des scientifiques, dont la physicienne Andrea Pocar de l'Université du Massachusetts à Amherst. Aujourd'hui, ils rapportent de nouveaux résultats de Borexino, l'un des détecteurs de neutrinos les plus sensibles de la planète, situé profondément sous les montagnes des Apennins en Italie.

« Les neutrinos émis par cette chaîne représentent un outil unique pour la physique solaire et des neutrinos, " expliquent-ils. Leur nouveau journal en La nature rapporte sur "la première étude complète de tous les composants de la chaîne pp réalisée par Borexino". Ces composants incluent non seulement les neutrinos pp, mais d'autres appelés Béryllium-7 (7Be), pep et les neutrinos au bore-8 (8B). La réaction de fusion pp de deux protons pour produire du deutéron, noyaux de deutérium, est la première étape d'une séquence de réaction responsable d'environ 99% de la production d'énergie du Soleil, dit Pocar.

Il ajoute, "Ce qui est nouveau aujourd'hui est incrémental, ce n'est pas un saut, mais c'est le couronnement de plus de 10 ans de collecte de données avec l'expérience pour montrer tout le spectre énergétique du Soleil à la fois. Nos résultats réduisent l'incertitude, ce qui n'est peut-être pas tape-à-l'œil mais c'est un type d'avancée qui n'est souvent pas assez reconnu en science. L'avantage est que les mesures deviennent plus précises car avec plus de données et grâce au travail de jeunes physiciens dévoués, nous avons une meilleure compréhension du dispositif expérimental."

"Borexino offre la meilleure mesure jamais réalisée pour le pp, 7Be et peps neutrinos, " ajoute-t-il. " D'autres expériences mesurent plus précisément les neutrinos 8B, mais notre mesure, avec un seuil inférieur, est cohérent avec eux."

Plus loin, "Une fois que vous avez des données plus précises, vous pouvez le réinjecter dans le modèle du comportement du Soleil, alors le modèle peut être affiné encore plus. Tout cela permet de mieux comprendre le Soleil. Les neutrinos nous ont dit comment le Soleil brûle et, à son tour, le Soleil nous a fourni une source unique pour étudier le comportement des neutrinos. Borexino, devrait durer encore deux à trois ans, a très profondément renforcé notre compréhension du Soleil."

Pour les études antérieures de pp, 7B, pep et les neutrinos 8B, l'équipe s'était concentrée sur chacun séparément dans des analyses ciblées des données collectées dans des fenêtres d'énergie restreintes, "comme essayer de caractériser une forêt en prenant une photo de chacun des nombreux types d'arbres, " note Pocar. " Plusieurs images vous donnent une idée d'une forêt, mais ce n'est pas la même chose que la photo de la forêt entière."

"Ce que nous avons fait maintenant, c'est de prendre une seule photo qui reflète toute la forêt, tout le spectre de tous les différents neutrinos en un. Au lieu de zoomer pour regarder de petits morceaux, on voit tout d'un coup. Nous comprenons si bien notre détecteur maintenant, nous sommes à l'aise et confiants que notre one shot est valable pour l'ensemble du spectre des énergies des neutrinos."

Les neutrinos solaires sortent de l'étoile au centre de notre système à presque la vitesse de la lumière, jusqu'à 420 milliards frappant chaque centimètre carré de la surface de la terre par seconde. Mais parce qu'ils n'interagissent que par l'intermédiaire de la force nucléaire faible, ils traversent la matière pratiquement sans être affectés, ce qui les rend très difficiles à détecter et à distinguer des traces de désintégrations nucléaires de matériaux ordinaires, dit Pocar.

L'instrument Borexino détecte les neutrinos lorsqu'ils interagissent avec les électrons d'un scintillateur liquide organique ultra-pur au centre d'une grande sphère entourée de 1, 000 tonnes d'eau. Sa grande profondeur et ses nombreuses couches protectrices semblables à des oignons maintiennent le noyau comme le milieu le plus exempt de rayonnement de la planète. C'est le seul détecteur sur Terre capable d'observer simultanément tout le spectre des neutrinos solaires, qui est maintenant accompli, note-t-il.

Le physicien UMass Amherst, un chercheur principal dans une équipe de plus de 100 scientifiques, est particulièrement intéressé à maintenant se concentrer sur la mesure d'un autre type de neutrino solaire connu sous le nom de neutrinos CNO, qui, espère-t-il, sera utile pour répondre à une importante question ouverte en physique stellaire, c'est la métallicité, ou teneur en métal, du soleil.

"Il existe deux modèles qui prédisent différents niveaux d'éléments plus lourds que l'hélium, qui pour les astronomes est un métal, dans le soleil; une métallicité plus légère et un modèle plus lourd, » note-t-il. Les neutrinos du CNO sont émis dans une séquence de réaction de fusion cyclique différente de la chaîne pp et sous-dominante dans le Soleil, mais considéré comme la principale source d'énergie pour les étoiles plus lourdes. Le flux de neutrinos solaires du CNO est fortement affecté par la métallicité solaire.

Pocar dit, "Nos données montrent peut-être une légère préférence pour la métallicité lourde, nous allons donc nous pencher là-dessus parce que les neutrinos du Soleil, surtout CNO, peut nous aider à démêler cela.