Un articolo pubblicato sulla rivista “Nature” riporta la rilevazione di neutrini prodotti dal Sole dall’esperimento Borexino. Gli scienziati della collaborazione Borexino ai Laboratori nazionali del Gran Sasso dell’Istituto nazionale di fisica nucleare che ha condotto tale rilevazione hanno ottenuto in questo modo la prova sperimentale che il ciclo CNO (carbonio-azoto-ossigeno), che produce quei neutrini, è alla base della fusione nucleare che avviene nel nucleo solare. Questo ciclo è predominante nelle stelle con massa superiore al Sole e ciò aggiunge importanza alla prova offerta a una teoria sviluppata a partire da più di ottant’anni fa.
La fusione dell’idrogeno in elio è quella che rende le stelle luminose durante la fase principale della loro vita. Questo tipo di fusione nucleare avviene con meccanismi che dal punto di vista teorico sono ben descritti in quelli che vengono chiamati ciclo CNO e catena protone-protone (pp). Il problema è che questi processi avvengono nei nuclei delle stelle, in condizioni di temperatura e pressione estremamente diverse da quelle terrestri. Ciò aveva reso finora impossibile trovare prove sperimentali del ciclo CNO. Lo sviluppo della fisica dei neutrini e di rilevatori in grado di catturare le rare interazioni che avvengono tra i neutrini e la materia hanno permesso di ottenere questa prova ma ci sono voluti decenni.
I neutrini hanno una piccolissima massa e vengono generati da varie reazioni che includono la fusione nucleare che avviene nelle stelle ma anche il decadimento radioattivo. Per questo motivo, nell’attività di un rilevatore di neutrini è necessario riuscire a riconoscere il “rumore” generato dal decadimento di elementi radioattivi presenti sulla Terra, sempre presente anche nelle migliori condizioni ambientali. I neutrini hanno caratteristiche diverse e da esse è possibile riconoscere quelli generati dal ciclo CNO e dalla catena protone-protone.
L’esperimento Borexino, diminutivo di BOREX (BORon solar neutrino EXperiment), è un progetto risalente al 1990 e nel corso di un’attività iniziata nel 2007 è stato utilizzato per varie ricerche legate alla fisica dei neutrini. Già in passato aveva rilevato neutrini provenienti dal Sole generati dalla catena protone-protone, che costituisce il meccanismo principale di produzione energetica in una stella di quel tipo. Ora la rilevazione di neutrini generti dal ciclo CNO prova che anche questo meccanismo è in atto nel Sole, anche se solo per l’1% dell’energia generata. In stelle più massicce, il ciclo CNO diventa decisamente più importante, perciò questa rilevazione offre nuove conferme in particolare ai modelli relativi al loro funzionamento.
Queste conferme sperimentali danno una grande chiusura di un capitolo della storia della fisica e dell’astrofisica iniziata nel 1938, quando venne teorizzato i ciclo CNO. Per decenni erano arrivate solo prove indirette ma era importante ottenere rilevazioni dirette perché gli studi scientifici possono sempre rivelare sorprese e anche quelle portano progressi.
Oltre alla conferma diretta del ciclo CNO nel Sole, la rilevazione di neutrini solari può offrire informazioni anche sulla metallicità, cioè sulla presenza di elementi più pesanti di idrogeno ed elio, nei vari strati del Sole. In questo caso, rilevazioni ottenute tramite spettroscopia ed eliosismologia hanno dato risultati contrastanti. La metallicità nel nucleo solare può essere stimata solo attraverso i neutrini da esso emessi.
Anche dopo questo studio, l’esperimento Borexino ha continuato a raccogliere dati. Era previsto che le operazioni venissero concluse entro la fine del 2020 ma potrebbero esser estese al 2021. Tutti i dati che verranno aggiunti potrebbero essere utili per conoscere meglio i processi che avvengono nel cuore delle stelle, in particolare di quelle più massicce.
