Borexino

Credit: Borexino Collaboration

Gli scienziati hanno rilevato, per la prima volta (*), i neutrini forgiati nel cuore del Sole, offrendo uno sguardo inedito sui processi di fusione nucleare che avvengono nel nucleo della nostra stella.

L'esperimento, che ha coinvolto un team internazionale di 100 ricercatori, è a cura dell'INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) ed è avvenuto in Italia nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, utilizzando uno dei rivelatori di neutrini più sensibili del pianeta, Borexino.

I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature questa settimana.

Neutrinos from the primary proton–proton fusion process in the Sun [abstract]

In the core of the Sun, energy is released through sequences of nuclear reactions that convert hydrogen into helium. The primary reaction is thought to be the fusion of two protons with the emission of a low-energy neutrino. These so-called pp neutrinos constitute nearly the entirety of the solar neutrino flux, vastly outnumbering those emitted in the reactions that follow. Although solar neutrinos from secondary processes have been observed, proving the nuclear origin of the Sun’s energy and contributing to the discovery of neutrino oscillations, those from proton–proton fusion have hitherto eluded direct detection. Here we report spectral observations of pp neutrinos, demonstrating that about 99 per cent of the power of the Sun, 3.84 × 1033 ergs per second, is generated by the proton–proton fusion process.

All'interno del Sole, l'energia viene prodotta, per la maggior parte, dalla conversione dell'idrogeno in elio. 

I neutrini pp sono il prodotto del primo processo di questa fusione dominante, che inizia quando si fondono due protoni all'interno del nucleo, formando un deutone (un nucleo di deuterio formato da un protone e un neutrone), un positrone (l'antiparticella dell'elettrone) e liberando un neutrino, chiamato appunto neutrino pp.

Insieme alla luce, il Sole invia flussi di neutrini dal suo nucleo nello spazio, bombardando un centimetro quadrato di Terra con circa 420 miliardi di particelle al secondo. La componente più numerosa sono i neutrini pp i quali, però, a causa della loro bassa energia (energia massima 420 keV), sono molto difficili da rilevare.

La luce del Sole che vediamo nella nostra vita quotidiana ci raggiunge in otto minuti ma ci vogliono 100.000 anni affinché l'energia irradiata dal centro della nostra stella arrivi in superficie e venga emessa come luce. I fotoni quindi, sono portatori delle informazioni delle reazioni nucleari che sono avvenute all'interno del Sole decine di migliaia di anni fa.
Al contrario, invece, i neutrini, prodotti dalle reazioni nucleari, interagiscono pochissimo con la materia che li circonda, impiegando pochi secondi ad uscire dal cuore della stella e circa 8 minuti ad arrivare fino a noi, mantenendo intatte le informazioni sui processi che li hanno generati.

Così, confrontando l'energia del Sole emessa come luce, con l'energia del nucleo, sono state ottenute informazioni circa l'equilibrio termodinamico della nostra stella su decine di migliaia di anni.

Borexino, quindi, riuscito a misurare l'energia solare in tempo reale, trovando una perfetta corrispondenza tra l'energia rilasciata oggi al centro del Sole e quella prodotta centomila anni fa.

Borexino - infografica

Credit: INFN

(*) Mi hanno fatto notare che "per la prima volta" non è un'affermazione corretta in quanto esperimenti come GALLEX (Gallium Experiment) o GNO (Gallium Neutrino Observatory) al Gran Sasso, o SAGE (RuSsian American Gallium Experiment) a Baksan (Russia), avevano già misurato il flusso dei neutrini dal ciclo pp, anche se solo in parte. Borexino è riuscito a scendere in dettaglio dedicandosi espressamente ai neutrini a bassa energia, rilevandone "per la prima volta" lo spettro.

Link utili:
http://www.infn.it/comunicazione/index.php?option=com_content&view=article&id=244:borexino-rivelatore-per-neutrini&catid=30&Itemid=738&lang=it
http://www.infn.it/comunicazione/index.php?option=com_content&view=article&id=165:13-04-2011-al-gran-sasso-unantenna-in-ascolto-del-sole&catid=24&Itemid=837&lang=it
http://www.infn.it/index.php?option=com_content&view=article&id=571:il-sole-visto-in-tempo-reale-da-borexino&catid=21:news&Itemid=453&lang=it