Circa il 99% dell'energia solare emessa sotto forma di neutrini è prodotta attraverso sequenze di reazioni nucleari avviate dalla fusione protone-protone (pp) in cui l'idrogeno viene convertito in elio, affermano scienziati tra cui il fisico Andrea Pocar dell'Università del Massachusetts Amherst. Oggi riportano nuovi risultati da Borexino, uno dei rivelatori di neutrini più sensibili del pianeta, situato in profondità sotto gli Appennini italiani.

"I neutrini emessi da questa catena rappresentano uno strumento unico per la fisica solare e dei neutrini, " spiegano. Il loro nuovo giornale in Natura riporta "il primo studio completo di tutti i componenti della catena pp eseguito da Borexino". Questi componenti includono non solo i neutrini pp, ma altri chiamati Berillio-7 (7Be), neutrini pep e Boro-8 (8B). La reazione di fusione pp di due protoni per produrre deuterone, nuclei di deuterio, è il primo passo di una sequenza di reazione responsabile di circa il 99 percento della produzione di energia del Sole, dice Pocar.

Aggiunge, "La novità di oggi è incrementale, non è un salto, ma è il coronamento di oltre 10 anni di acquisizione di dati con l'esperimento di mostrare l'intero spettro energetico del Sole in una volta. I nostri risultati riducono l'incertezza, che forse non è appariscente, ma è un tipo di progresso che spesso non è riconosciuto abbastanza dalla scienza. Il valore è che le misurazioni diventano più precise perché con più dati e grazie al lavoro di giovani fisici dedicati, abbiamo una migliore comprensione dell'apparato sperimentale."

"Borexino offre la migliore misurazione mai effettuata per la pp, 7Sii e ​​stimola i neutrini, " aggiunge. "Altri esperimenti misurano i neutrini 8B in modo più preciso, ma la nostra misura, con soglia inferiore, è coerente con loro».

Ulteriore, "Una volta che hai dati più precisi, puoi reinserirlo nel modello di come si comporta il Sole, quindi il modello può essere ulteriormente perfezionato. Tutto porta a capire meglio il Sole. I neutrini ci hanno detto come brucia il Sole e, a sua volta, il Sole ci ha fornito una fonte unica per studiare come si comportano i neutrini. Borexino, programmato per altri due o tre anni, ha rafforzato molto profondamente la nostra comprensione del Sole."

Per gli studi precedenti di pp, 7B, pep e neutrini 8B, il team si era concentrato su ciascuno separatamente in analisi mirate dei dati raccolti in finestre di energia limitate, "come cercare di caratterizzare una foresta scattando una foto a ciascuno dei tanti tipi individuali di alberi, " Note Pocar. "Più immagini ti danno un'idea di una foresta, ma non è la stessa della foto dell'intera foresta."

"Quello che abbiamo fatto ora è scattare una singola foto che riflette l'intera foresta, l'intero spettro di tutti i diversi neutrini in uno. Invece di ingrandire per guardare piccoli pezzi, lo vediamo tutto in una volta. Comprendiamo così bene il nostro rilevatore ora, siamo a nostro agio e fiduciosi che il nostro one shot sia valido per l'intero spettro delle energie dei neutrini".

I neutrini solari escono dalla stella al centro del nostro sistema quasi alla velocità della luce, ben 420 miliardi che colpiscono ogni centimetro quadrato della superficie terrestre al secondo. Ma poiché interagiscono solo attraverso la forza nucleare debole, passano attraverso la materia praticamente inalterati, il che li rende molto difficili da rilevare e distinguere dai decadimenti nucleari in tracce di materiali ordinari, dice Pocar.

Lo strumento Borexino rileva i neutrini mentre interagiscono con gli elettroni di uno scintillatore liquido organico ultrapuro al centro di una grande sfera circondata da 1, 000 tonnellate di acqua. La sua grande profondità e molti strati protettivi simili a cipolle mantengono il nucleo come il mezzo più privo di radiazioni del pianeta. È l'unico rivelatore sulla Terra in grado di osservare contemporaneamente l'intero spettro del neutrino solare, che ora è stato realizzato, lui nota.

Il fisico di UMass Amherst, un investigatore principale in un team di oltre 100 scienziati, è particolarmente interessato a rivolgere ora la sua attenzione alla misurazione di un altro tipo di neutrino solare noto come neutrini CNO, che spera possa essere utile per affrontare un'importante questione aperta nella fisica stellare, questa è la metallicità, o contenuto di metalli, del sole.

"Esistono due modelli che prevedono diversi livelli di elementi più pesanti dell'elio, che per gli astronomi è un metallo, nel sole; una metallicità più leggera e un modello più pesante, " osserva. I neutrini CNO sono emessi in una sequenza di reazione di fusione ciclica diversa dalla catena pp e sottodominante nel Sole, ma pensato per essere la principale fonte di energia per le stelle più pesanti. Il flusso di neutrini solari CNO è fortemente influenzato dalla metallicità solare.

Pocar dice, "I nostri dati potrebbero mostrare una leggera preferenza per la metallizzata pesante, quindi lo esamineremo perché i neutrini del Sole, in particolare CNO, può aiutarci a districare questo."