Частицы - "призраки" помогли ученым определить состав земной мантии

Ученые Курчатовского института в составе международного научного коллектива получили новые данные о гео-нейтрино и наличии радиоактивных элементов в земной мантии в ходе эксперимента на детекторе Борексино Международной лаборатории Гран-Сассо в Италии. Результаты исследований опубликованы в журнале Physical Review D.

Ученые провели измерения потоков гео-нейтрино, которые образуются в процессах радиоактивного распада тяжелых элементов – урана и тория в глубинах Земли. Каждую секунду поток в несколько миллионов гео-нейтрино пронизывает каждый квадратный сантиметр земной поверхности. Изучение данных потоков позволяет получать представление о процессах, протекающих в земных глубинах. Однако гео-нейтрино крайне неохотно взаимодействуют с веществами и настолько неуловимы, что это затрудняет возможность их изучения и регистрации. Детектор Борексино – одном из двух детекторов в мире, позволяющих наблюдать эти частицы – "призраки".

Набор данных на детекторе Борексино исследователи начали еще в 2007 г., к 2019 г. удалось значительно повысить точность регистрации полного потока гео-нейтрино. Выполненные исследования с достоверностью 99% указывают на наличие радиоактивных элементов не только в коре, но и земной мантии. Кроме того, учеными впервые установлены значения, соответствующие минимальной концентрации в мантии урана и тория.

Данные результаты имеют большую значимость для уточнения моделей Земли. Как пример, высока вероятность (85%) того, что процессы радиоактивного распада в глубинах Земли ответственны за большую часть потока тепла из Земли, при этом менее половины потока представляет собой тепло, накопленное еще при формировании Земли. Таким образом, радиоактивность Земли дает весомый вклад в энергию, питающую вулканическую активность, землетрясения, а также механизм геодинамо, ответственный за магнитное поле Земли.

Также по итогам исследований уточнены детали проведенного анализа, которые будут востребованы учеными, работающими на следующем поколении жидко-сцинтилляционных детекторов, нацеленных на измерение потоков гео-нейтрино.

В создании детектора Борексино и проведении исследований принимали участие ученые из НИЦ "Курчатовский институт", МГУ имени М.В. Ломоносова, ОИЯИ (Дубна).

Справочно:
Интенсивное магнитное поле Земли, непрекращающаяся вулканическая активность, движение тектонических плит, конвекция в мантии — все эти процессы связаны с проблемой происхождения тепла в недрах Земли, которая обсуждается учеными на протяжении последних 200 лет. Измерения потока гео-нейтрино позволяют понять, каков вклад радиогенной составляющей в полный тепловой поток, и в особенности, как много тепла излучается радионуклидами в земной мантии.