利用中微子振荡层析揭示外核成分

在过去的70年里，地球物理学已确定地球外核是一种含有百分之几轻元素的FeNi合金，这些轻元素的种类和数量至今仍存在争议。除了经典的硅和氧组合外，氢被认为是可以单独解释外核密度和速度剖面的唯一轻元素。本文展示了如何利用大气中微子（大气中产生并持续穿过地球的弱相互作用粒子）所提供的层析信息，从一个独立的视角来解决这一问题。我们评估了新一代大气中微子探测器进行此类测量的潜力，表明它们在50年同步数据采集后，能够高效探测到FeNi核中存在1 wt%的氢。进而，我们确定了下一代探测器在几年时间尺度内完成该测量所需的主要条件，并使其具备在不到15年内有效区分FeNiH与FeNiSi(x)O(y)模型的能力。