Il Sole brilla come 100.000 anni fa

Per la prima volta abbiamo una misura diretta, e in tempo reale, dell’energia prodotta dal Sole. Il risultato è stato ottenuto misurando i neutrini solari prodotti dalle reazioni di fusione termonucleare dell’idrogeno.
 

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Immagine agli infrarossi del Sole. In basso a sinistra è visibile una bellissima protuberanza.|(Science@NASA)

Per la prima volta è stato possibile misurare in tempo reale l’energia emessa dal Sole grazie all’eccezionale sensibilità dello strumento Borexino, il rivelatore di neutrini dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN).

 

Uno strumento ultrasensibile. Borexino - frutto di una collaborazione fra Paesi europei (Italia, Germania, Francia, Polonia), Stati Uniti e Russia - è situato in una galleria sotto a 1.400 metri di roccia al fine di schermare la maggior parte dei raggi cosmici ed è composto da una sfera di 13,7 metri di diametro immersa in 2.400 tonnellate di acqua altamente radio-purificata, che serve come primo schermo per le emissioni radioattive ambientali e come rivelatore per le poche radiazioni emesse dai contaminanti.

 

 

All’interno del volume d’acqua si trova una seconda sfera, di acciaio, al cui interno sono fissati 2.200 sensori (fotomoltiplicatori), occhi elettronici che registrano l’emissione di lampi di luce, anche debolissimi, provocati dai neutrini quando interagiscono nel rivelatore. Questa sfera contiene 1.000 tonnellate di pseudocumene, un idrocarburo utilizzato per schermare la parte sensibile del rivelatore. Infine, il cuore ultimo di Borexino contiene, dentro una sfera di nylon di 8,5 metri di diametro, 300 tonnellate di liquido scintillatore.

 

 

All'interno di Borexino. Questo gigantesco rilevatore di neutrini, le più sfuggenti particelle dell’Universo, è composto da una sfera di 13,7 metri di diametro immersa in 2.400 tonnellate di acqua ultra pura. All'interno di questa sfera, riempita di una particolare sostanza, si trova una sfera più piccola (8,5 metri di diametro) riempita da liquido scintillatore. Quando un neutrino interagisce con questo liquido viene emesso un lampo di luce. | (Borexino Collaboration)

Il funzionamento ricorda quello di un vecchio flipper: quando i neutrini si scontrano con gli elettroni del liquido scintillatore trasferiscono loro parte della propria energia, provocando un’emissione luminosa da parte delle molecole del liquido. Questi lampi vengono visti dai fotomoltiplicatori grazie alla trasparenza del liquido interno alla sfera. L’apparato consente di misurare l’energia e la posizione degli urti provocati dai neutrini incidenti.

 

(Borexino Collaboration)
La schiera di 2.200 fotomoltiplicatori che nell'esperimento Borexino consente di rilevare i lampi di luce emessi quando un neutrino collide con le molecole del liquido scintillatore.

 

Particelle molto sfuggenti. I neutrini catturati dal rivelatore Borexino sono quelli prodotti all’interno del Sole quando due nuclei di idrogeno (protoni) si uniscono per formare un deutone (un nucleo di deuterio, formato da un protone e da un neutrone) e un positrone (antiparticella dell'elettrone), emettendo un neutrino denominato neutrino pp. Si tratta della fase iniziale delle reazioni di fusione termonucleare dette protone-protone (p-p), che, trasformando l’idrogeno in elio, producono circa il 99% dell’energia emessa dal Sole.

 

 

Le misure precise del flusso di neutrini pp hanno permesso di calcolare la quantità di energia prodotta nel cuore del Sole. Il risultato ottenuto è una conferma diretta degli attuali modelli teorici sui neutrini e sulle reazioni nucleari che avvengono all’interno delle stelle di piccola massa come la nostra. La difficoltà di queste misure è dovuta all’energia estremamente ridotta dei neutrini pp e, in particolare, al fatto che queste particelle interagiscono raramente con la materia, tanto che ogni secondo oltre 400 miliardi di neutrini bombardano un metro quadrato di superficie terrestre senza lasciare traccia del loro passaggio.

 

Il Sole, una stella tranquilla. Le precedenti misurazioni dell’energia solare erano state effettuate sulla base della quantità di radiazioni (fotoni) che arrivano sulla Terra. Questi fotoni sono quelli prodotti dalle reazioni termonucleari che avvengono all’interno del Sole, ma che impiegano circa 100.000 anni per attraversare la densa materia solare e raggiungere la superficie della nostra stella (fotosfera).

 

Al contrario, i neutrini prodotti dalle stesse reazioni nucleari impiegano pochi secondi a uscire dal cuore del Sole e circa 8 minuti per arrivare fino a noi. I dati dell’energia prodotta dalla nostra stella ricavati misurando con precisione il flusso di neutrini solari sono risultati essere compatibili con quelli ottenuti con i fotoni: ciò sta a significare che l’energia prodotta oggi dal Sole corrisponde a quella di un centinaio di migliaia di anni fa.
 


 

 

01 Settembre 2014 | Mario Di Martino