Ar tikrai Žemės centre egzistuoja galingas natūralus branduolinis reaktorius? Ką rodo naujausias neutrinų tyrimas ir kaip stipriai kaista Žemė dėl branduolinių reakcijų

Fizikai apibendrino Borexino įrenginiu gautus Žemės gelmėse susidarančių neutrinų stebėjimo rezultatus. Iš viso nuo 2007 iki 2019 metų buvo užfiksuoti 53 įvykiai, ir turėta statistika padidėjo dvigubai. Remiantis surinktais duomenimis, galima atmesti hipotetinio galingo natūralaus branduolinio reaktoriaus Žemės centre egzistavimą ir įvertinti bendrą mantijoje vykstančių branduolinio skilimo reakcijų galią: ji yra 38 teravatai (TW), kas sudaro ~80 % visos į kosmosą spinduliuojamos energijos, rašo Physical Review D žurnale paskelbto straipsnio autoriai.

Neutrinai — itin mažos masės dalelės, elektrinio krūvio neturinčios dalelės. Jos dalyvauja tik silpnojoje branduolinėje ir gravitacinėje sąveikoje, tačiau kadangi neutrinų masė tokia maža, tai gravitacinė sąveika pasireiškia tik kosmologiniu mastu. Neutrinai gali rastis, vykstant atomų branduolių β skilimui arba veikiant atominiams reaktoriams. Neutrinų šaltinių yra tiek kosmose, tiek ir Žemėje.

Vienas iš didžiausių neutrinų detektorių — Borexino įrenginys Italijoje. Tai – 18 metrų skersmens sfera, užpildyta 280 tonų skysto scintiliatoriaus. Kai įvyksta reta neutrino sąveika su scintiliatoriaus branduoliu, įvyksta šviesos blyksnis, kurį užregistruoja aplink esantys fotodetektoriai. Iš pradžių Borexino kurtas tirti iš Saulės atlekiančius neutrinus, tačiau gali fiksuoti ir atlekiančius iš Žemės gelmių — geoneutrinus. Ankstesniais tyrimais jau buvo įvertintas geoneutrinų srautas – 10²⁵ dalelių per sekundę, tačiau dėl itin mažos sąveikos tikimybės, pėdsaką detektoriuje palieka tik labai maža jų dalis.

Borexino duomenis analizavęs tarptautinis fizikų kolektyvas publikavo geoneutrinų stebėjimų nuo 2007 metų gruodžio iki 2019 metų balandžio, – 3263 dienų – rezultatus. Atsižvelgiant į triukšmus ir atmetus klaidingus teigiamus įvykius (tarkime, sukeltus miuonų), mokslininkams iš viso pavyko išskirti 52,6 ± 9 ± 2,5 įvykius. Pirmas skaičius rodo labiausiai tikėtiną reikšmę, antras — statistinę paklaidą, o trečias — sisteminę. Tai maždaug du kartus daugiau, nei 2015 metais publikuojant ankstesnę ataskaitą.

Šie rezultatai dera su prielaidomis, kad atitinkamų energijų neutrinų šaltinis yra urano-238 ir torio-232 skilimas. Autoriams pirmą kartą 99 procentų patikimumu atmesti hipotezę, kad Žemės mantijoje radioaktyvus skilimas nevyksta. O tai, savo ruožtu, nubrėžia apatines urano ir torio koncentracijas planetos gelmėse – atitinkamai 33·10¹² t ir 143·10¹² t.

Pernai buvo pasirodžiusi informacija, kad Borexino eksperimentą gali artimiausiu metu uždaryti. Beje, už neutrinų tyrimus 2015 metais įteiktos Nobelio fizikos premijos (nuodugniau straipsnyje „Nobelio premija už neutrinų fizikos revoliuciją: N — neutrinai, M — mutabor“).