科学家首次破译太阳核心的第二种核聚变

我们的太阳是由氢聚变成更重的元素提供能量的。核聚变不仅是使恒星发光的原因，也是构成我们周围世界的化学元素的主要来源。我们对恒星聚变的理解大多来自于原子核的理论模型，但是还有另外一个来源：在太阳核心产生的中微子。

每当原子核发生聚变时，它不仅会产生高能伽马射线，还会产生中微子。伽马射线可能会被困在太阳数千年的时间，而中微子则以接近光速的速度从太阳中呼啸而出。太阳中微子最早是在20世纪60年代被探测到的，但除了知道它们是从太阳发射出来这一事实外，对它们基本没什么了解。这只能证明核聚变发生在太阳中，但无法证明核聚变的类型。

根据理论，太阳核聚变的主要形式应该是质子的核聚变，由氢生成氦。这种反应被称为pp链，是恒星最容易产生的反应。对于拥有更热、更致密核的较大恒星来说，一种被称为CNO循环的更强大的反应是主要的能量来源。这个反应使用氦来产生碳、氮和氧，CNO循环是这三种元素(除了氢和氦)在宇宙中最丰富的原因。

在过去的十年中，中微子探测器变得更加高效。现代探测器不仅能探测到中微子的能量，还能探测到它的味。我们现在知道，从早期实验中检测到的太阳中微子不是来自普通的pp链中微子，而是来自二次反应，比如硼衰变，它会产生更容易检测到的高能中微子。然后在2014年，一个团队检测到了由pp链直接产生的低能中微子。他们的观察证实了99%的太阳能量是由质子-质子聚变产生的。

虽然在太阳的聚变中，pp链占主导地位，但我们的恒星足够大，所以CNO循环应该在较低的水平上发生。太阳所产生的那额外的1%的能量应该是由它产生的。但是因为CNO中微子非常罕见，所以很难被探测到。但最近一个小组成功地观测到了它们。

探测CNO中微子的最大挑战之一是，它们的信号往往被埋在地面中微子噪声中。核聚变在地球上不会自然发生，但是地面岩石的低水平放射性衰变会在中微子探测器中触发类似于CNO中微子探测的事件。因此，该团队创建了一个复杂的分析过程，从假阳性中过滤中微子信号。他们的研究证实了CNO聚变在我们的太阳内以预期的水平发生。

CNO循环在我们的太阳中扮演一个次要的角色，但它对更大质量的恒星的生命和进化起着核心作用。这项工作将帮助我们了解大恒星的周期，并能帮助我们更好地了解使地球生命成为可能的重元素的起源。