【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】中國科學(xué)院近代物理研究所參與國際合作實驗研究，首次測量得到鉈-205離子的束縛態(tài)β衰變半衰期，為理解太陽長期穩(wěn)定性提供了重要信息。相關(guān)成果于近日發(fā)表在《物理評論快報》上。近代物理所儲存環(huán)核物理室作為主要貢獻(xiàn)團(tuán)隊在實驗開展等方面發(fā)揮了重要作用。
 

　　太陽是地球生命的主要能量來源，通過核聚變過程產(chǎn)生巨大的能量。在這一過程中，太陽會釋放出中微子，這些粒子為我們探索太陽內(nèi)部動態(tài)提供了重要線索。盡管現(xiàn)代中微子探測器能夠揭示太陽當(dāng)前的活動情況，但太陽在數(shù)百萬年間(這一時間段內(nèi)地球曾經(jīng)歷顯著的氣候變化)的穩(wěn)定性仍是一個未解的科學(xué)難題。
 

　　為了深入研究這一科學(xué)問題，科學(xué)家于上世紀(jì)80年代提出紅鉈礦實驗(LOREX)。該實驗是目前唯一還在運(yùn)行中的研究太陽中微子長期歷史的地球化學(xué)實驗，其目標(biāo)是利用地質(zhì)記錄來測量太陽中微子在數(shù)百萬年間的通量。鉈-205在已知核素中具有最低的中微子俘獲閾值，是探測太陽中微子的理想核素。太陽產(chǎn)生的中微子與紅鉈礦中的鉈-205原子相互作用，將其轉(zhuǎn)變?yōu)殂U-205原子。鉛-205在地球上的半衰期長達(dá)1700萬年，因此它能很好地記錄太陽中微子活動。然而，鉈-205的中微子俘獲截面至今無法直接測量。
 

　　在本研究中，研究團(tuán)隊利用德國亥姆霍茲重離子研究中心(GSI/FAIR)的加速器系統(tǒng)生成初級束流，通過與靶核碰撞產(chǎn)生、經(jīng)碎片分離器(FRS)純化出205Tl81+次級束流，并將其引入冷卻儲存環(huán)(ESR)進(jìn)行長時間觀測。研究團(tuán)隊測得205Tl81+離子的束縛態(tài)β衰變半衰期約為291天，顯著長于此前的理論預(yù)測值122天或52.43天。
 

　　基于這一結(jié)果，團(tuán)隊間接獲得了核躍遷矩陣元的大小，從而首次精確計算了鉈-205的中微子反應(yīng)截面，并得出太陽中微子總俘獲率為92±14SNU(太陽中微子單位)。
 

　　該研究成果為LOREX實驗未來的發(fā)展指明了方向。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)估算，現(xiàn)有實驗條件下實現(xiàn)統(tǒng)計顯著的測量難度極大，還需進(jìn)一步提高實驗靈敏度。如果LOREX實驗?zāi)軌虺晒Υ_定紅鉈礦中鉛-205原子的豐度，將為太陽在過去400萬年間的演化歷史及其與地球氣候變化之間的聯(lián)系，提供重要的科學(xué)見解。
 

圖：實驗裝置示意圖 圖/陳瑞九