Più di 35 anni a caccia dei neutrini hanno permesso di svelare cosa succede nel cuore del Sole: si devono, infatti, agli esperimenti svolti nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare la prima osservazione e la prima prova dei processi che alimentano la nostra stella e che gli consentono di illuminare e scaldare la Terra. Sono proprio questi due esperimenti, Gallex e Borexino, che sono stati celebrati oggi dal convegno organizzato all’Accademia Nazionale dei Lincei, insieme al fondamentale contributo portato dagli scienziati che li hanno ideati e guidati.
“I risultati che sono stati ottenuti in questi 35 anni sono incredibili“, commenta il Premio Nobel per la Fisica e vicepresidente dell’Accademia, Giorgio Parisi. “Ci è sembrato giusto celebrare due grandissimi esperimenti, fondamentali non solo per il contributo scientifico che hanno dato, ma anche per il luogo che li ha ospitati”, dice all’ANSA Giovanni Losurdo, di INFN e membro dei Lincei, tra gli organizzatori dell’evento. “Abbiamo ripercorso 35 anni di scienza e ricordato l’enorme contributo degli scienziati italiani in questo campo. Il Gran Sasso ha davvero svolto un ruolo cruciale. Adesso – continua Losurdo – dopo lo spegnimento del rivelatore Borexino avvenuto ad ottobre 2021, si sta facendo spazio per nuovi esperimenti che indagheranno la materia oscura e fenomeni fisici rari per i prossimi 20 anni”.
I neutrini
I neutrini vengono prodotti all’interno del nucleo solare: ogni secondo, 594 milioni di tonnellate di idrogeno vengono convertite in elio ed energia, che si presenta sotto forma di fotoni e neutrini. I fotoni sono presto assorbiti dagli atomi sul loro cammino, il quale li riemettono in direzioni diverse: un processo che si ripete per moltissimi cicli, tanto che i fotoni impiegano molti anni a raggiungere la superficie del Sole e lasciarla alla volta dello spazio. I neutrini, invece, interagiscono così poco con la materia che attraversano gli strati successivi al nucleo solare in pochissimi secondi, per poi viaggiare nello spazio e giungere fino alla Terra. “I neutrini sono lo strumento più importante che abbiamo per studiare il nucleo del Sole”, osserva Losurdo. “Ma sono fondamentali anche per un altro motivo: ci permettono di confermare il cosiddetto Modello Atandard, la teoria fisica che descrive la materia e le forze che agiscono nell’universo. In questo – prosegue il linceo – Gallex e Borexino, insieme anche ad un altro esperimento chiamato Opera, sono stati decisivi”.
Gli esperimenti Gallex e Borexino
In funzione tra il 1991 e il 1997, l’esperimento Gallex (poi proseguito sotto il nome Gno) fu concepito per fornire una più accurata osservazione del flusso dei neutrini solari prodotti dalla principale sequenza di reazioni che dà energia al Sole. Negli anni, Gallex è riuscito a contare i neutrini provenienti dalla nostra stella, confermando il cosiddetto ‘problema dei neutrini solari’: la grossa discrepanza tra il numero osservato di neutrini di un certo tipo che giungono sulla Terra e il numero predetto dai modelli teorici. Ora sappiamo che questo problema è dovuto al fenomeno delle ‘oscillazioni’: i neutrini possono cambiare tipologia durante il percorso dal Sole alla Terra, e quindi non vengono rivelati dagli esperimenti che cercano solo un tipo specifico di questa particella.
Borexino, invece, che ha iniziato a raccogliere dati nel 2007, è stato un esperimento scientifico volto allo studio dei neutrini solari a bassissima energia. Ha richiesto 17 anni di sviluppo, soprattutto al fine di purificare i materiali utilizzati a un livello mai raggiunto prima: questo lo ha reso un esperimento di ineguagliata sensibilità nel suo campo di ricerca, permettendogli di misurare tutte le più importanti reazioni nucleari nel Sole. Borexino ha raggiunto risultati scientifici unici e di grandissimo valore, che sono andati anche oltre quanto previsto in fase di progettazione: è riuscito, ad esempio, a misurare l’energia prodotta dalla nostra stella nel momento stesso in cui questa viene generata.
“Lo studio dei neutrini solari è stato, per la fisica delle particelle e l’astrofisica, un’avventura scientifica durata oltre 60 anni. Questa ricerca ha avuto nella costruzione e ottimizzazione dei laboratori sotterranei un aspetto fondamentale e necessario”, sottolinea Ezio Previtali, direttore dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso. “In particolare, la realizzazione dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso da parte dell’INFN ha garantito il corretto spazio di ricerca nel quale affrontare in maniera adeguata questo tipo di studi. In questo contesto, Gallex e Borexino, la cui realizzazione all’interno dei LNGS ha preso avvio subito dopo la realizzazione dei laboratori sotterranei stessi, sono stati due esperimenti cruciali che hanno permesso di analizzare in ogni dettaglio i meccanismi che generano energia all’interno del Sole e hanno consentito di identificare importanti aspetti connessi alla fisica del neutrino. Possiamo oggi dire che la saga dei neutrini solari può ritenersi completata grazie a questi esperimenti, che sono da considerarsi una pietra miliare per tutta l’attuale fisica delle particelle“, conclude Previtali.
