Солнечные нейтрино — это элементарные частицы, возникающие в результате термоядерных реакций, происходящих в недрах Солнца. Основным источником нейтрино является цепочка протон-протонных реакций (p–p цепь), обеспечивающая большую часть энергии, выделяемой Солнцем. Дополнительно существенный вклад в поток нейтрино вносит CNO-цикл (углеродно-азотно-кислородный цикл), особенно в звёздах с более высокой массой, чем у Солнца.
Протон-протонная цепочка включает следующие основные реакции:
На каждом из этапов образуются нейтрино различной энергии. Самые низкоэнергетические нейтрино порождаются первой реакцией p + p, в то время как нейтрино с самой высокой энергией (до ~15 МэВ) возникают при распаде ⁸B. Поток нейтрино от CNO-цикла составляет малую долю от общего, но его вклад критически важен для проверки термоядерных моделей звёзд.
Энергетический спектр солнечных нейтрино охватывает диапазон от десятков кэВ до десятков МэВ. Основные компоненты потока:
Полный поток солнечных нейтрино, проходящих через единичную площадь на Земле, оценивается в ~6.5×10¹⁰ частиц/см²·с.
До 2000-х годов наблюдавшийся поток солнечных нейтрино был существенно ниже теоретически предсказанного. Это несоответствие, известное как «проблема солнечных нейтрино», долгое время оставалось загадкой. Первые детекторы, такие как Homestake Experiment (реакция на основе хлора), регистрировали лишь треть ожидаемого числа нейтрино.
Позже в экспериментах Kamiokande, GALLEX, SAGE и особенно Super-Kamiokande и Sudbury Neutrino Observatory (SNO) стало ясно, что проблема заключается не в неверной модели Солнца, а в физике самих нейтрино. В процессе распространения от ядра Солнца до Земли электронные нейтрино осциллируют, превращаясь в мюонные и тау-нейтрино, которые первые детекторы не могли регистрировать.
Осцилляции нейтрино — это квантовое явление, при котором нейтрино одного лептонного аромата может переходить в нейтрино другого аромата. Это стало возможным благодаря тому, что нейтрино обладают массой, и собственные состояния масс не совпадают с ароматными.
Для солнечных нейтрино существенную роль играет MSW-эффект (эффект Михаэлиса–Смирнова–Вольфенштейна), заключающийся в изменении вероятности осцилляций нейтрино в веществе (в данном случае — в плотной солнечной плазме). Этот эффект усиливает переход электронных нейтрино в другие типы при прохождении через Солнце и земную материю.
Наблюдения SNO, в котором использовалась тяжелая вода D₂O, позволили регистрировать нейтрино всех трёх ароматов благодаря использованию как заряженного, так и нейтрального тока взаимодействия. Это подтвердило, что общее число нейтрино соответствует предсказаниям солнечной модели, но большая их часть изменила аромат.
Радиохимические методы позволяли накапливать данные за длительный период, но не давали информации о направлении или спектре.
Эти установки предоставили прямые доказательства осцилляций и точные спектры солнечных нейтрино.
Солнечные нейтрино служат уникальным зондом внутренних процессов в звёздах. Благодаря им:
Наблюдение солнечных нейтрино дало первое экспериментальное подтверждение того, что нейтрино имеют массу и что лептонный аромат не сохраняется, что стало одним из ключевых поводов для пересмотра Стандартной модели элементарных частиц.
Понимание солнечных нейтрино оказывает влияние на:
Солнечные нейтрино — фундаментальный инструмент исследования как микромира (свойства элементарных частиц), так и макромира (строение и эволюция звёзд, Вселенной). Их детекция требует экстремальной чувствительности и фильтрации фоновых сигналов, что делает соответствующие эксперименты передовыми в современной науке.