In "diretta" dal cuore del Sole

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Hanno impiegato otto minuti i neutrini prodotti nella fornace nucleare nel cuore del Sole per raggiungere il laboratorio sotterraneo del Gran Sasso dell’Infn dove l’esperimento Borexino li ha misurati in tempo reale.
Sono il prodotto di reazioni nucleari che hanno fuso nuclei di idrogeno in nuclei di elio nel plasma solare producendo al contempo quell’energia che, sotto forma di fotoni, potrà raggiungere e scaldare la Terra solo tra centinaia di migliaia di anni.

Il 28 agosto scorso la rivista Nature ha pubblicato un articolo della collaborazione internazionale Borexino che annuncia la misura, per la prima volta al mondo in tempo reale, dei cosiddetti neutrini pp, di gran lunga i più copiosi tra tutti quelli prodotti nelle catene di reazioni nucleari fonte dell’energia del Sole.
Un grande risultato scientifico che primeggia tra quelli finora già raggiunti da questo esperimento dedicato alla misura dei neutrini solari e operante da circa sette anni nel Laboratorio sotto il massiccio del Gran Sasso.

La fonte dell’energia del Sole sta nel suo nucleo, dove una potentissima centrale nucleare brucia centinaia di milioni di tonnellate di Idrogeno al secondo convertendole in elio, con rilascio di energia e neutrini. Il processo nucleare predominante (99%) è detto pp: una catena di reazioni nucleari che produce 26.73 MeV di energia sotto forma di radiazione gamma e X e neutrini elettronici con una distribuzione energetica che si estende fino a qualche decina di MeV. Questo processo inizia con la fusione di due protoni in un nucleo di deuterio (2H) che nel 99.7% dei casi avviene tramite la reazione, anch’essa detta pp con l’emissione di un positrone e un neutrino elettronico di energia fino a 420 KeV. Questa reazione è responsabile del 90% della produzione totale di energia del Sole.

I neutrini emessi, grazie alla loro scarsa probabilità d’interazione con la densa materia del nocciolo, riescono a uscire immediatamente dall’interno e si propagano nello spazio raggiungendo la Terra in circa otto minuti. Al contrario i fotoni sono continuamente e ripetutamente assorbiti dagli atomi che incontrano nel loro cammino,rimanendo intrappolati all’interno per un tempo lunghissimo prima di riemergere in superficie. La luce solare che oggi ci scalda è quindi stata prodotta in reazioni avvenute decine o centinaia di migliaia di anni fa.
Dalla misura del flusso di neutrini pp si ricava il flusso totale di energia emessa dal Sole, in buon accordo con le previsioni del Modello Standard Solare (SSM), frutto combinato di tutte le osservazioni e misure solari anche ottiche. La misura di Borexino ci conferma quindi che, stante i tempi molto differenti di propagazione di neutrini e radiazione elettromagnetica, il Sole è rimasto nello stesso stato di equilibrio termodinamico tra gravità e radiazione in una scala temporale di un centinaio di migliaia di anni.

Le prime misure dei neutrini solari, risalenti agli anni ’60 del secolo scorso, avevano dato luogo a uno dei più interessanti gialli della fisica astro particellare. Il flusso misurato era, infatti,inferiore di un terzoo metà rispetto alla previsione del Modello Solare Standard. Solo grazie a una serie di esperimenti sempre più sensibili e specializzati si è capito che la causa del deficit era il fenomeno delle oscillazioni che trasformava i neutrini elettronici in neutrini muonici o del tau durante il loro cammino dall’interno del Sole fino a noi.
Anche i neutrini pp erano già stati misurati in passato in particolare dall’esperimento GALLEX/GNO al Gran Sasso e da SAGE. Tuttavia in questo tipo di apparati si può solo estrarre a posteriori con complicati processi radiochimici il numero totale dei neutrini di energia superiore a un certo valore di soglia. Borexino ha invece misurato per la prima volta al mondo in modo diretto e in tempo reale il flusso dei neutrini pp nell’intervallo di energia (0-420) KeV, con una precisione di circa il 10%.

La misura è particolarmente difficile a causa della bassissima energia di questi neutrini il cui il segnale è normalmente annegato nel fondo di eventi dovuti alla radioattività naturale dei materiali utilizzati o indotta dai raggi cosmici.
Questo importante risultato è stato ottenuto con raffinate tecniche di analisi dati egrazieallo schermo fornito dalla montagna che sovrasta il Laboratorio, e soprattutto per la straordinaria radio purezza dell’apparato.
Il prossimo e ancora più ambizioso traguardo scientifico sarà la misura diretta dei neutrini pp con una sensibilità intorno all’1%, necessaria per verificare la dinamica solare in una scala temporale superiore a centomila anni, mettendo a confronto le misure di fotoni e neutrini a parità di precisione. Sarà quindi possibile conoscere ancora meglio il funzionamento non solo del Sole ma anche di altre stelle più massicce o più antiche.

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