太阳里的哪些反应，会产生中微子？

从氢到氦，不只是把质子拼在一起

太阳的主要聚变网络一步步把氢变成氦。氦-4 核有两个质子、两个中子，从氢出发，光把原子核凑到一起不够，还得把一部分质子变成中子。

这种转变靠弱相互作用完成，同时放出电子中微子。主要的反应网络叫“质子—质子链”，简称 pp 链；另一套用碳、氮、氧原子核作催化剂，叫 CNO 循环。

两套网络都释放能量，一部分被中微子带走，大部分留在恒星里。靠中微子，我们能检验为太阳供能的反应本身，不必只看最后从表面逃出来的光。

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最常见的起步，产生低能中微子

普通 pp 反应里，两个质子生成氘核、正电子和电子中微子。氘核由一个质子和一个中子组成。从这一步开始，后面一连串反应逐步走向氦。

释放的能量在几个产物之间有多种分法，所以 pp 中微子的能谱是连续的，不是一条固定能量的线。它们是数量最多的太阳中微子，能量却低，能谱上限约 420 keV。

另一条路径叫 pep，由两个质子和一个电子参与，同样生成氘核和电子中微子，但中微子的能量集中得多。在聚变里作用相近的两步，在能谱里留下的痕迹可以很不一样。

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铍与硼，标出不同的分支

pp 链走到后面会分岔。铍-7 可以俘获电子，变成锂-7，同时放出中微子。核末态是确定的，所以能谱接近一条条谱线，只被太阳内部条件略微展宽。

铍-7 也可以俘获质子，变成硼-8。硼-8 随后发生贝塔衰变，放出的中微子能谱连续，能量远高于 pp 中微子。和产生 pp 中微子的反应相比，这条路径很少走到。

CNO 循环里的某些衰变也放出中微子，它们带着另一套聚变网络和太阳核心物质的信息。所以太阳中微子能谱混合了多种反应的特征，预测值也带着核物理和太阳模型两方面的不确定性。

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数量最多的，可能根本过不了阈值

探测器只数得到一部分路过的中微子。靶要能发生反应，中微子能量要够，信号还得经得住本底筛选和重建。阈值既由物理决定，也由实验设计决定。

Homestake 用的氯俘获反应，阈值约 814 keV，普通 pp 中微子够不着。镓反应约 233 keV 就能发生，能俘获一部分低能中微子。这两项放射化学测量，看到的太阳能谱范围并不一样。

水切伦科夫实验和 SNO 的主要太阳分析，研究的是较高能的中微子，尤其是硼-8 中微子。硼-8 在这些探测器里很显眼，却不是太阳的主要来源。作用概率和探测条件，能让一种罕见成分变得最容易看到。

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产生多少、到达多少、测到多少，要分开算

从太阳核心到探测器里的事件，要分三步算。太阳模型预测核心产生哪些中微子。去地球的路上味道会变，对电子味敏感的探测器收到的也就跟着变。最后由探测器响应决定，到达的中微子里哪些变成事件。

阈值和反应通道不同的实验，合起来能检验这三步。放射化学测量数的是整个曝光期的俘获总数；能谱测量则看反冲粒子的能量分布，把各成分拆开，重叠的本底也一并拟合。

Borexino 测量了 pp 链的各个成分，又在 2020 年给出 CNO 结果，把这种方法推进到低能区。先弄清太阳中微子由哪些成分混合而成，再读这段历史就容易得多：每项实验只打开一扇特定的窗，各扇窗看到的计数不能直接互换，只能对照着比。

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一手来源与修订

1. Adelberger et al. · Solar fusion cross sections II: the pp chain and CNO cycles (2011)
2. John Bahcall · How the Sun shines
3. Borexino Collaboration · Comprehensive measurement of pp-chain solar neutrinos (2018)
4. John Bahcall · Gallium Solar Neutrino Experiments (1997)
5. John Bahcall · The beryllium-7 solar neutrino line (1994)
6. Borexino Collaboration · Evidence of neutrinos from the CNO fusion cycle (2020)
7. Brookhaven National Laboratory · Raymond Davis Jr. and solar neutrinos
8. SNO Collaboration · Direct Evidence for Neutrino Flavor Transformation (2002)
9. Particle Data Group · Neutrino Masses, Mixing, and Oscillations (2024)

2026-10-09 首发；2026-10-09 最后修订。解释文字与图解由 Sandbox Physics 原创；插图为示意，不复刻实验事件记录。本专题为独立教育内容，并非诺奖机构或实验合作组的官方出版物。