Lo strumento Borexino sotto il Gran Sasso rileva i neutrini che interagiscono con gli elettroni di uno scintillatore liquido organico purissimo al centro di una grande sfera, circondato da mille tonnellate di acqua. Crediti: Borexino/Infn
Dopo oltre dieci anni dall’inizio della sua attività scientifica, grazie alla quale siamo riusciti a guardare all’interno del Sole, arrivando a comprendere, con un dettaglio mai raggiunto prima, come funzionino i meccanismi di alimentazione della nostra stella, la collaborazione dell’esperimento Borexino, ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, pubblica su Nature del 25 ottobre il compendio dei suoi risultati sui neutrini solari.
Con questa pubblicazione, Borexino corona una lunga storia di misure e di indagini sperimentali, che lo hanno condotto da una parte a investigare nel dettaglio il meccanismo di produzione di energia nel Sole, e dall’altra a studiare nella regione di bassa energia (da pochi MeV fino a meno di 1 MeV) il cosiddetto fenomeno dell’oscillazione dei neutrini, cioè la trasformazione dei neutrini da un tipo (sapore) in un altro.
«I risultati pubblicati oggi – commenta Gianpaolo Bellini, della sezione Infn di Milano e professore emerito dell’Università Statale di Milano, tra i padri dell’esperimento – sono l’apice di una storia trentennale iniziata sul finire degli anni ’80, quando l’esperimento fu concepito nel quadro del dibattito scientifico innescato dall’allora insoluto problema del neutrino solare. I risultati ottenuti sono andati ben al di là anche delle più ottimistiche previsioni iniziali».
Immerso nel silenzio cosmico dei laboratori sotterranei del Gran Sasso, uno dei luoghi a più bassa radioattività del mondo, sin dal momento della sua accensione, nel maggio 2007, Borexino ha dimostrato di possedere un livello di radiopurezza talmente spinto da farne un unicum assoluto nell’ambito dei pur numerosi esperimenti a basso fondo. Questa sua peculiarità è la base dei molteplici risultati accumulati in più di un decennio di operatività, che vanno molto oltre gli obiettivi fissati inizialmente, quando l’esperimento fu ideato.
Infatti, progettato per la misura del solo flusso di neutrini da 7Be (berillio 7) tra quelli prodotti lungo la catena protone-protone (pp, cioè la sequenza di reazioni nucleari nel nucleo solare avviata dalla fusione di due protoni), Borexino ha via via ampliato la sua sensibilità sperimentale, sino a coprire l’intera gamma di neutrini di tutta la catena.
Le caratteristiche uniche delle misure effettuate da Borexino, ossia la rivelazione spettroscopica in tempo reale e a bassa soglia del flusso di neutrini dal Sole, sono tutte riportate nella pubblicazione di Nature, con in più una novità: in quest’ultimo novero di risultati, i diversi flussi di neutrini sono stati misurati simultaneamente, e non separatamente come accaduto per le precedenti analisi, e con precisioni decisamente maggiori.
La misura precisa e contestuale in un unico esperimento dei flussi dei neutrini pp (7Be, pep e 8B – boro 8), nonché il limite sul minuscolo flusso dei neutrini di più alta energia (hep), ovvero dell’intera serie della catena pp, consente a Borexino di dipingere con assoluta nettezza sul versante sperimentale il quadro del funzionamento della nostra stella, mettendo un punto fermo alla secolare domanda sul meccanismo che la fa risplendere per i miliardi di anni della sua vita.
Allo stesso tempo, tramite il confronto di questi dati sperimentali di elevatissima accuratezza con le previsioni del modello standard solare, Borexino dimostra incontrovertibilmente l’esistenza nella regione di bassa energia dell’oscillazione tra neutrini di diverso sapore tramite l’effetto Msw (Mikheyev-Smirnov-Wolfenstein). In particolare, Borexino evidenzia in maniera del tutto autonoma, utilizzando solo i propri dati e senza dover ricorrere a risultati di altri esperimenti, la peculiare transizione tra i due regimi di ‘vuoto’ e di ‘materia’ che rappresenta la firma dell’effetto Msw.
«Con la misura simultanea e ad alta precisione dei flussi di neutrini solari dalla catena pp in un medesimo rivelatore – spiega Gioacchino Ranucci, ricercatore Infn, co-spokesperson dell’esperimento – Borexino è l’unico apparato che da solo riesce contemporaneamente a gettare piena luce su che cosa alimenta il motore del Sole, e quindi delle stelle, e sul fenomeno di oscillazione dei neutrini».
«Con le misure di Borexino – sottolinea Marco Pallavicini, ricercatore Infn e professore all’Università di Genova, co-spokesperson di Borexino – l’ipotesi di funzionamento del Sole tramite le reazioni nucleari della catena pp avanzata negli anni ’30 trova la sua definitiva consacrazione sperimentale».
Borexino, frutto dell’intensa cooperazione fra Italia, Germania, Francia, Polonia, Stati Uniti e Russia, è un esperimento realizzato con tecniche d’avanguardia di assoluta e ineguagliata eccellenza internazionalmente riconosciute, specialmente nel campo della radiopurezza dei materiali e del basso fondo. Ora che Borexino si avvia verso la conclusione del suo straordinario percorso, con alle spalle oltre un decennio di attività e di misure di grandissimo rilievo scientifico, l’esperienza che ne deriva rappresenta una risorsa di conoscenze e competenze per futuri progetti sperimentali.