Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     Siemens  n-tv 
Datenbankrecherche:

Fachgebiet (optional):

 

Discovery of subatomic particles could answer deep questions in geology

22.06.2010
An international team including scientists from Princeton University has detected subatomic particles deep within the Earth's interior. The discovery could help geologists understand how reactions taking place in the planet's interior affect events on the surface such as earthquakes and volcanoes. Someday, scientists may know enough about the sources and flow of heat in the Earth to predict events like the recent volcanic eruption in Iceland.

Anzeige

The finding, made by the Borexino Collaboration at the Gran Sasso National Laboratory of the Italian Institute of Nuclear Physics, was reported in a paper published in the April issue of Physics Letters B. The work builds on earlier evidence of so-called "geoneutrinos" obtained during a Japanese experiment in 2005.


"This is an important result," said Frank Calaprice, a professor of physics at Princeton and one of the study's authors. "It shows that geoneutrinos have been detected and firmly establishes a new tool to study the interior of the Earth."

Neutrinos, which are chargeless, inert, fundamental particles, are emitted by the sun and cosmic rays entering the Earth's atmosphere. Geoneutrinos are antineutrinos -- neutrinos' antimatter counterparts. Geoneutrinos originate from the radioactive decay of uranium, thorium and potassium in the Earth's crust and mantle -- the thick layer extending to 1,800 miles below the surface.

At laboratories like Gran Sasso, researchers are using instruments that act as geoneutrino "telescopes," looking into the Earth's interior by detecting these curious particles.

Scientists expect that geoneutrinos will aid them in better identifying what constitutes matter deep within the Earth. "It's a very significant discovery and holds much promise for better understanding the composition of the Earth and how the Earth operates," said Thomas Duffy, a professor of geosciences at Princeton, who was not involved in the research.

Earth scientists would like to know more about the crucial role that decaying elements such as uranium and thorium play in heating up the Earth and causing convection in its mantle -- the slow, steady flow of hot rock in the interior carrying heat from great depths to the Earth's surface. Convection, in turn, drives plate tectonics and all the accompanying dynamics of geology seen from the surface -- continents moving, seafloor spreading, volcanoes erupting and earthquakes occurring. No one knows whether radioactive decay dominates the heating action or is just a player among many factors.

The origin of the power produced within the Earth is one of the fundamental questions of geology, according to Calaprice. The definite detection of geoneutrinos by the Borexino experiment confirms that radioactivity contributes a significant fraction -- possibly most -- of the power, he said.

The Borexino experiment actually was designed to detect low-energy solar neutrinos, not geoneutrinos. "As we were building the experiment, we realized we had the capability of detecting particles that were coming at us from the radioactivity deep inside the Earth," said Cristiano Galbiati, an assistant professor of physics and another of the 13 Princeton collaborators among the 88 scientists involved in the research.

The Borexino project is located nearly a mile below the surface of the Gran Sasso mountain about 60 miles outside of Rome -- an ideal spot for studying neutrinos because the rock shields the detector from other types of radiation and particles that would overwhelm the sensing device. Much of the Borexino experiment is a process of eliminating the "noise" of background radiation.

Neutrinos are notoriously difficult to detect because they usually pass straight through matter, rarely interacting with it. The detector is composed of a nylon sphere containing 1,000 tons of a hydrocarbon liquid. An array of ultrasensitive photodetectors is aimed at the sphere that is encased within a stainless steel sphere. All of this is surrounded by 2,400 tons of highly purified water held within another steel sphere measuring 59 feet.

Solar neutrinos produce one type of signal when they come into contact with the detector, and geoneutrinos produce another type. Because there are a thousand times fewer geoneutrinos striking the detector, there are only a few events that occur per year. The paper describes two years of results, running up to December 2009. The experiment is continuing.

The importance of geoneutrinos was pointed out by scientists in the 1960s, and a seminal study by Lawrence Krauss, Sheldon Glashow and David Schramm in 1994 laid the foundation for the field. In 2005, a Japan-U.S. collaboration called KamLAND operating an experiment at a mine in Japan reported an excess of low-energy "antineutrinos."

Scientists can envision a day when a series of geoneutrino-detecting facilities, located at strategic spots around the globe, can sense particles to get a detailed understanding of the Earth's interior and the source of its internal heat. This data could provide enough information to predict the occurrence of events such as volcano eruptions and earthquakes.

Kitta MacPherson | Quelle: EurekAlert!
Weitere Informationen: www.princeton.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Trennung von Blutzellen im Mikrofluss
24.05.2012 | Universität Augsburg

nachricht Nomads of the Galaxy
24.05.2012 | Kavli Foundation

Alle Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>


Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit


Krankheiten wie Parkinson, Alzheimer und bestimmte Krebsformen gehen auf eine fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen im Körper zurück.

Wissenschaftlern des Instituts für Photonische Technologien (IPHT) in Jena ist es erstmals gelungen, Proteinstrukturen auf sub-molekularer Ebene nachzuweisen und spektroskopisch zu analysieren. Ein wichtiger Schritt zum Verständnis der Krankheitsursachen.

„Bis heute hat man nicht genau verstanden, was die fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen, zum Beispiel im Zusammenhang mit Alzheimer, ...

Im Focus: Widerspenstiges Quasiteilchen erzeugt


Die Quantenphysik beschreibt physikalische Vorgänge in Festkörpern und anderen Vielteilchensystemen auch mit Hilfe von Quasiteilchen.

Innsbrucker Physikern um Rudolf Grimm ist es nun erstmals gelungen, ein neues Quasiteilchen - ein repulsives Polaron - in einem Quantengas experimentell zu erzeugen. Die Forscher berichten darüber in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift Nature.

Ultrakalte Quantengase sind ein ideales Experimentierfeld, um physikalische Phänomene in Festkörpern zu simulieren. Unter streng kontrollierten Bedingungen ...

Im Focus: Licht lässt Partikel wachsen - Forscher entdecken neuen Mechanismus in der Atmosphäre


Licht lässt die Partikel in der Atmosphäre wachsen. In einem Experiment hat ein internationales Forscherteam erstmals einen neuen Mechanismus nachweisen können, bei dem Partikel durch Licht größer werden und der damit Einfluss auf die Wolkenbildung und das Klima hat.

Photokatalytische Reaktionen können zu einer schnellen Bindung von nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) auf der Oberfläche der Partikel führen. Unter solchen Bedingungen nehme die Größe und Masse der Partikel schnell zu, schreiben die Wissenschaftler im renommierten Fachblatt PNAS.

Die Ergebnisse des Laborexperimentes könnten Effekte erklären, die bisher schon bei Feldkampagnen ...

Im Focus: Abschreckung: Tabak signalisiert angreifenden Zikaden Verteidigungsbereitschaft


Ähnlich wie blutsaugende Insekten prüfen Pflanzenschädlinge ihren Wirt auf Abwehrsignale, bevor sie anfangen zu fressen

Pflanzen bilden wenige Minuten nach Angriff eines Fraßfeindes Jasmonsäure, ein Hormon, das die Verteidigung gegen Insekten in Gange setzt mit der Folge, dass giftige Stoffe wie Nikotin oder Verdauungshemmer in den Blättern akkumulieren.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben jetzt herausgefunden, dass Zwergzikaden die Verteidigungsbereitschaft von Tabakpflanzen aufspüren können. ...

Im Focus: Erbgutkopie reist im Protein-Koffer


Wissenschaftlern vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn ist es erstmals gelungen, den Transport eines wichtigen Informationsträgers in biologischen Zellen praktisch unmodifiziert in Echtzeit zu filmen.

Die Studie zeigt, wie die so genannte Boten-RNA die Zellkernhülle überwindet und vom Zellkern in das Zytoplasma gelangt. Diese Arbeit ist nun in dem renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS) publiziert.

Der Bauplan aller Lebewesen ist in ihrem Erbgut gespeichert. Dieses lagert bei höheren ...

Alle Focus-News des innovations-reports >>>

Anzeige

B2B Suche
Produkt / Dienstleistung
Firma / Organisation

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Aktuell

Energieversorger vor dem Umbruch

24.05.2012 | Studien Analysen

Stem-cell-growing surface enables bone repair

24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie

Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit

24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie

VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Veranstaltungen

NieKE Themenforum: Ökonomie - Tierschutz - Lebensmittelsicherheit

24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

Nachhaltigkeit in der Schifffahrt: Werte vs. Wertschöpfung

24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

Wissenschaft und Öffentlichkeit

24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

FindAndHelp