Die solare Neutrinophysik hat sich in den letzten zehn Jahren beruhigt. Obwohl schwer zu erkennen, bieten sie die direkteste Sonde des Solarkerns. Nachdem die Astronomen gelernt hatten, sie zu entdecken und das solare Neutrino-Problem zu lösen, konnten sie ihr Verständnis der wichtigsten Kernreaktion, die die Sonne antreibt, der Proton-Proton (pp) -Reaktion, bestätigen. Aber jetzt haben Astronomen zum ersten Mal die Neutrinos einer anderen, weitaus selteneren Kernreaktion entdeckt, der Proton-Elektron-Proton (Pep) -Reaktion.
Zu jedem Zeitpunkt wandeln mehrere separate Fusionsprozesse den Wasserstoff der Sonne in Helium um und erzeugen Energie als Nebenprodukt. Die Hauptreaktion erfordert die Bildung von Deuterium (Wasserstoff mit einem zusätzlichen Neutron im Kern) als ersten Schritt in einer Reihe von Ereignissen, die zur Bildung von stabilem Helium führen. Dies geschieht typischerweise durch die Fusion zweier Protonen, die ein Positron, ein Neutrino und ein Photon ausstoßen. Kernphysiker sagten jedoch eine alternative Methode zur Erzeugung des notwendigen Deuteriums voraus. Darin verschmelzen zuerst ein Proton und ein Elektron und bilden ein Neutron und ein Neutrino. Dann verbinden sie sich mit einem zweiten Proton. Basierend auf Solarmodellen sagten sie voraus, dass nur 0,23% des gesamten Deuteriums durch diesen Prozess erzeugt werden würden. Angesichts der ohnehin schwer fassbaren Natur von Neutrinos hat die verringerte Produktionsrate die Erkennung dieser Pep-Neutrinos noch schwieriger gemacht.
Während sie schwer nachzuweisen sind, sind Pep-Neutrinos leicht von denen zu unterscheiden, die durch die pp-Reaktion erzeugt werden. Der Hauptunterschied ist die Energie, die sie tragen. Neutrinos aus der pp-Reaktion haben einen Energiebereich von bis zu maximal 0,42 MeV, während Pep-Neutrinos sehr ausgewählte 1,44 MeV tragen.
Um diese Neutrinos herauszufinden, musste das Team die Daten von Signalen aus kosmischen Strahlen, die Myonen erzeugen, die dann mit Kohlenstoff im Detektor interagieren könnten, sorgfältig reinigen, um ein Neutrino mit ähnlicher Energie zu erzeugen, das möglicherweise ein falsches Positiv erzeugt. Zusätzlich würde dieser Prozess auch ein freies Neutron erzeugen. Um diese zu beseitigen, lehnte das Team alle Signale von Neutrinos ab, die innerhalb kurzer Zeit nach dem Nachweis eines freien Neutrons auftraten. Insgesamt zeigte dies, dass der Detektor 4.300 Myonen pro Tag durchlief, was 27 Neutronen pro 100 Tonnen Detektorflüssigkeit und in ähnlicher Weise 27 falsch positive Ergebnisse erzeugen würde.
Nachdem diese Erkennungen entfernt worden waren, fand das Team immer noch ein Signal von Neutrinos mit der entsprechenden Energie und schätzte damit die Gesamtmenge der durch jeden Quadratzentimeter fließenden Pep-Neutrinos auf etwa 1,6 Milliarden pro Sekunde, was mit den gemachten Vorhersagen übereinstimmt nach dem Standardmodell zur Beschreibung des Innenlebens der Sonne.
Abgesehen von der weiteren Bestätigung des Verständnisses der Astronomen für die Prozesse, die die Sonne antreiben, schränkt dieser Befund auch einen anderen Fusionsprozess ein, den CNO-Zyklus. Während erwartet wird, dass dieser Prozess in der Sonne gering ist (nur ~ 2% des gesamten produzierten Heliums), wird erwartet, dass er in heißeren, massereicheren Sternen effizienter ist und in Sternen mit 50% mehr Masse als in der Sonne dominiert. Ein besseres Verständnis der Grenzen dieses Prozesses würde den Astronomen helfen, zu klären, wie diese Sterne ebenfalls funktionieren.
