La natura del Sole e dei neutrini – L’ esperimento Borexino [video]

Da 5 miliardi di anni il sole è la fonte di energia del nostro pianeta e l’impulso della vita sulla terra. [Il nostro Sole] è solo una fra le centinaia di miliardi di stelle della nostra galassia, ma è quella più vicina è l’unica che possiamo conoscere a fondo.

A occhio nudo il sole ci appare come una palla luminosa, ma con l’aiuto dei telescopi e dei satelliti scopriamo che la sua superficie a 5.500 gradi è continuamente sconvolta dagli effetti del calore e di intensi campi magnetici.  Immensi brillamenti solari possono estendersi per milioni di chilometri fuori dalla superficie causando il vento e le macchie solari, le tempeste magnetiche e le aurore boreali.

Conosciamo molto bene la superficie del sole grazie alle osservazioni fatte nella luce visibile infrarossa e ultravioletta, ma non possiamo vedere direttamente la sua struttura interna perché il plasma solare non è trasparente alla luce.

Secondo la teoria, appena sotto la superficie si trova prima una zona convettiva, dove la materia solare è in continuo movimento come in una pentola in ebollizione, e più in profondità una zona radiativa, dove tutto è bloccato dall’enorme pressione e l’energia è trasportata solo dalla luce.

Le reazioni nucleari che alimentano il sole sono concentrate nel nucleo, una piccola regione centrale che occupa meno dell’uno per cento del volume totale ma la cui densità e 150 volte maggiore di quella dell’acqua.

Ogni secondo 600 milioni di tonnellate di idrogeno sono convertite in elio 4, producendo energia e neutrini. L’energia è prodotta prevalentemente da una serie di reazioni di fusione nucleare chiamate ciclo protone-protone (p–p), in cui 4 protoni si trasformano in un nucleo di elio 4, emettendo energia e neutrini.

Fra queste reazioni, quelle associate all’emissione di neutrini sono cruciali per capire il funzionamento interno del sole. Molte reazioni nucleari producono
neutrini, ed è proprio grazie a questi che la struttura interna del sole può essere studiata sperimentalmente, verificando se davvero la nostra stella funziona come ipotizzato.

I neutrini sono particelle davvero uniche. Ne esistono tre tipi diversi, tutti leggerissimi e capaci di attraversare immensi spessori di materiale senza interagire.
I neutrini escono dal sole molto facilmente. In soli otto minuti compiono il viaggio verso la terra alla velocità della luce, trasformandosi continuamente.  Questo fenomeno, detto oscillazioni di neutrino, è di fondamentale importanza per la fisica delle particelle e la sua esistenza è la prova che il neutrino ha davvero una massa, anche se piccolissima: almeno un miliardo di volte inferiore a quella di un atomo.

Per osservare i neutrini bisogna andare sottoterra per proteggere i rivelatori dal flusso continuo di raggi cosmici che provengono dallo spazio.

Ai laboratori nazionali del gran sasso dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare è installato il più sensibile rivelatore di neutrini solari del mondo: Borexino.

Borexino è costituito da una grande sfera d’acciaio in cui sono montati 2.200 tubi fotomoltiplicatori, sensibilissimi occhi per la luce che raccolgono i fotoni emessi dai rari urti dei neutrini con il liquido presente dentro la sfera.

Questo liquido, detto scintillatore, è una comune benzina 1.000 milioni di volte meno radioattiva di un bicchiere di purissima acqua minerale.  Per circa 15 anni i ricercatori e gli ingegneri di Borexino hanno sviluppato le innovative tecniche di purificazione e di misura necessarie a raggiungere l’obiettivo.

Oggi il cuore di Borexino è probabilmente il luogo meno radioattivo dell’intero universo, ed è l’unico strumento capace di osservare in tempo reale i neutrini solari di bassa energia.

Borexino è stato realizzato da una collaborazione internazionale di [oltre] 100 fisici provenienti da sette paesi, e per l’Italia dai ricercatori dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e dalle Università italiane di Genova, Milano e Perugia.

Ogni giorno circa 50 dei miliardi di miliardi di neutrini che attraversano Borexino urtano un elettrone dello scintillatore, causando l’emissione di un breve e tenue lampo di luce.

Lo scintillatore e i tubi fotomoltiplicatori, controllati da 35 computer e da un’elettronica dedicata che ne analizza i segnali in meno di 50 miliardesimi di secondo, consentono di guardare attraverso i neutrini il cuore del sole.

Borexino è al lavoro dal 2007 ed ha già ottenuto importanti conferme sulle proprietà del sole e dei neutrini.  Nel prossimo futuro ci dirà se la conoscenza della nostra stella può dirsi davvero completa o se, come spesso è accaduto in passato, questa ci sorprenderà suggerendoci nuove idee.

Video realizzato da:

Video: The nature of Sun and neutrinos – The Borexino experiment