Forskare som är involverade i Borexino-samarbetet har presenterat nya resultat för mätning av neutriner som kommer från jordens inre. De svårfångade "spökpartiklarna" interagerar sällan med materia, gör deras upptäckt svår. Med denna uppdatering, forskarna har nu kunnat komma åt 53 händelser - nästan dubbelt så många som i den tidigare analysen av data från Borexino-detektorn, som ligger 1, 400 meter under jordens yta i Gran Sasso-massivet nära Rom. Resultaten ger en exklusiv inblick i processer och förhållanden i jordens inre som förblir förbryllande än i dag.

Jorden lyser, även om det inte alls är synligt för blotta ögat. Anledningen till detta är geonutrinos, som produceras i radioaktiva sönderfallsprocesser i jordens inre. Varje sekund, ungefär en miljon av dessa svårfångade partiklar tränger igenom varje kvadratcentimeter av vår planets yta.

Borexino-detektorn, beläget i världens största underjordiska laboratorium, Laboratori Nazionali del Gran Sasso i Italien, är en av få detektorer i världen som kan observera dessa spöklika partiklar. Forskare har använt det för att samla in data om neutriner sedan 2007, dvs i över tio år. Senast 2019, de kunde registrera dubbelt så många händelser som vid den senaste analysen 2015 – och minska osäkerheten i mätningarna från 27 till 18 procent, vilket också beror på nya analysmetoder.

"Geoneutrinos är de enda direkta spåren av det radioaktiva sönderfall som sker inuti jorden, och som producerar en ännu okänd del av energin som driver all dynamik på vår planet, " förklarar Livia Ludhova, en av de två nuvarande vetenskapliga samordnarna för Borexino och chef för neutrinogruppen vid Nuclear Physics Institute (IKP) vid Forschungszentrum Jülich.

Forskarna i Borexino-samarbetet har tagit fram, med en förbättrad statistisk signifikans, signalen om geoneutriner som kommer från jordmanteln som ligger under jordskorpan genom att utnyttja det välkända bidraget från jordens översta mantel och skorpa – den så kallade litosfären.

Det intensiva magnetfältet, den oupphörliga vulkaniska aktiviteten, rörelsen av de tektoniska plattorna, och mantelkonvektion:Förhållandena inuti jorden är på många sätt unika i hela solsystemet. Forskare har diskuterat frågan om var jordens inre värme kommer ifrån i över 200 år.

"Hypotesen att det inte längre finns någon radioaktivitet på djupet i manteln kan nu för första gången uteslutas vid 99% konfidensnivå. Detta gör det möjligt att fastställa lägre gränser för uran- och toriumförekomster i jordens mantel, säger Livia Ludhova.

Dessa värden är av intresse för många olika jordmodellberäkningar. Till exempel, det är mycket troligt (85%) att radioaktiva sönderfallsprocesser inuti jorden genererar mer än hälften av jordens inre värme, medan den andra hälften fortfarande till stor del härrör från den ursprungliga bildningen av jorden. Radioaktiva processer i jorden ger därför en icke försumbar del av energin som matar vulkaner, jordbävningar, och jordens magnetfält.

Den senaste publikationen i Phys. Rev. D presenterar inte bara de nya resultaten, men förklarar också analysen på ett övergripande sätt ur både fysik och geologisk synvinkel, vilket kommer att vara till hjälp för nästa generations vätskescintillatordetektorer som kommer att mäta geoneutrinos. Nästa utmaning för forskning med geoneutriner är nu att kunna mäta geoneutriner från jordens mantel med större precision, kanske med detektorer fördelade på olika positioner på vår planet. En sådan detektor kommer att vara JUNO-detektorn i Kina där neutrinogruppen IKP är involverad. Detektorn kommer att vara 70 gånger större än Borexino vilket hjälper till att uppnå högre statistisk signifikans på kort tid.