Pentru prima dată experimentul BOREXINO, un experiment instalat în laboratorul subteran italian de la Gran Sasso în Italia, a reuşit să măsoare neutrinii care iau naştere în inima Soarelui în interacţiuni nucleare între protoni.

Aceşti neutrini ne ajută să înţelegem mai bine cum funcţionează steaua de care depinde viaţă noastră; cercetătorii, în urmă studiului acestor minuscule particule, au ajuns la o concluzie interesantă legat de activitatea Soarelui în ultimii 100.000 de ani.

Neutrinii sunt particule extrem de fascinante, descrise de către Modelul Standard al fizicii particulelor elementare. Ştim că aceste minuscule particule au masă, dar încă nu am reuşit să o „măsurăm” – această masă este mult mai mică decât cea a electronului şi multe experimente ingenioase încearcă la ora catuala să o determine.

Măsurarea neutrinilor este dificilă datorită faptului că aceştia interacţionează extrem de slab cu materia – un fascicul de neutrini în general străbată întreagă planetă fără să interacţioneze. Datorită acestui fapt pentru a reuşi să capturăm câţiva neutrini din multele miliarde care ajung la noi de la Soare, avem nevoie de detectoare cu mase cât mai mari. Este cazul unui experiment instalat la laboratorul subteran de la Gran Sasso în Italia, sub un munte, unde aparatul este protejat de razele cosmice care sunt absorbite de către roci; doar neutrinii reuşesc să străbată (şi poate şi particulele de materie întunecată) muntele şi să ajungă la aparatele cercetătorilor. Experimentul cu pricina se numeşte BOREXINO, şi este alcătuit dintr-o sfera cu un diametru de circa 8.5 metri în care se găseşte un lichid care emite lumina atunci când un neutrino interacţionează cu nucleele atomilor acestui lichid. Această lumina este ulterior măsurată şi ne da informaţii despre energia neutrinilor care au generat-o.

Recent colaborarea BOREXINO a publicat un interesant articol în revista Nature, în care prezintă pentru prima dată spectrul energetic al neutrinilor care provin din procesele nucleare care au loc în inima Soarelui, mai precis din procesele de fuzione proton-proton. Această măsurătoare este extrem de dificilă, întrucât energia generată de aceşti neutrini este mică, mult mai mică decât cea a neutrinilor care provin din alt gen de procese – care însă nu joacă un rol la fel de important.

Ce informaţii ne furnizează această măsurătoare?

Pe de o parte ne ajută să înţelegem reacţiile nucleare care au loc în Soare; pe de altă parte ne ajută să verificăm stabilitatea Soarelui pe o durata de 100.000 de ani. Cum este posibil aşa ceva?

Neutrinii reuşesc să iasă din interiorul Soarelui în doar câteva secunde – tocmai datorită faptului că interacţionează extrem de slab cu materia, inclusiv cu cea din Soare. Măsurarea lor ne da deci informaţii legate de cum funcţionează Soarele la ora actuală (de fapt, dacă vrem să fim precişi, cum era Soarele acum 8 minute, ţinând cont că neutrinii, care se deplasează cu o viteză apropiată de cea a luminii, au nevoie de acest timp să ajungă până la noi). Lumina Soarelui, adică fotoni cu o anumită lungime de undă, este la rândul ei produsă în interiorul Soarelui.

Fotonii însă interacţionează cu materia mult mai puternic decât neutrinii – având nevoie de circa 100.000 de ani pentru a ajunge la suprafaţă. Deci lumina Soarelui cea care ajunge acum la noi, este generată cu aproximativ 100.000 de ani în urmă!

Dacă se compară energia Soarelui extrasă ţinând cont de informaţia pe care o avem de la lumina cu cea obţinută pornind de la neutrini, putem să vedem dacă ajungem la valori diferite sau nu. Cercetătorii au făcut această analiză şi au ajuns la concluzia că cele două energii sunt aproximativ egale. Această înseamnă că energia de la Soare este aceeaşi – cu mici fluctuaţii (de exemplu cele legate de ciclul de 11 ani al Soarelui) – în prezent că şi acum 100.000 de ani.

BOREXINO va continuă măsurătorile în anii următori, cu obiectivul de a obţine rezultate şi mai precise, care ne vor ajută să înţelegem mai bine cum funcţionează Soarele – care sunt reacţiile nucleare care-l ţin, şi care ne ţin, în viaţă.

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro