Le stelle splendono grazie alle reazioni di fusioni nucleare che avvengono nel loro interno. Sono noti due meccanismi fondamentali, entrambi teorizzati fin dagli anni ‘30: uno iniziato dalla fusione diretta di due protoni (la cosiddetta catena pp) e uno catalizzato dalla presenza di elementi più pesanti come Carbonio, Azoto e Ossigeno, il ciclo CNO. Durante questi processi sono emessi neutrini con uno spettro energetico che è la firma della reazione che li ha prodotti e attraverso i quali le fusioni possono essere rivelate in tempo reale.
Dal 2007 l’esperimento Borexino ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN misura lo spettro energetico e il flusso dei neutrini emessi dal Sole usando il rivelatore più sensibile mai costruito. Negli anni 2007-2014 ha studiato in dettaglio i neutrini emessi dalla catena pp e quelli emessi dal nostro pianeta, i cosiddetti geo-neutrini. In questi giorni la collaborazione annuncia con un terzo articolo pubblicato su Nature e visibile all’indirizzo https://www.nature.com/articles/s41586-020-2934-0, la prima rivelazione assoluta dei neutrini prodotti dal ciclo CNO.
Il ciclo CNO è un processo raro nel Sole perché produce solo circa l’1% dell’energia e, anche per questo, non è mai stato rivelato prima d’ora. È però il più importante ciclo di reazioni di fusione nelle stelle più grandi del Sole, le più numerose nell’Universo. Questa dunque è l’importanza del risultato: osservando la stella più vicina a noi, Borexino ha permesso di raggiungere la prima evidenza sperimentale del meccanismo di fusione dell’idrogeno dominante nell’Universo.
I neutrini interagiscono con la materia molto raramente. Circa 1021 neutrini al giorno attraversano la parte sensibile di Borexino, ma solo poco più di 200 interagiscono ogni giorno nel rivelatore e di questi, solo circa 50 producono un segnale misurabile. Circa cinque segnali al giorno sono stati identificati come neutrini provenienti dal ciclo CNO.
Il cuore del rivelatore sono 100 tonnellate di scintillatore liquido organico (pseudocumene) posto all’interno dei laboratori sotterranei del Gran Sasso, dove la roccia della montagna fa da schermo ai raggi cosmici che altrimenti maschererebbero il raro segnale dei neutrini. Il volume di scintillatore è circondato da tubi fotomoltiplicatori e schermato da centinaia di tonnellate d’acqua ultrapura. L’elemento essenziale di Borexino sta nella sua straordinaria purezza da contaminazioni radioattive: il cuore di Borexino è 10 miliardi di volte meno radioattivo di un bicchiere d’acqua minerale e rappresenta, di gran lunga, l’elemento chimico più puro da contaminazioni radiochimiche mai realizzato al mondo.
La storia di Borexino inizia intorno al 1990 ed è stato un pioniere degli esperimenti sulla ricerca di eventi rari, che attualmente sono numerosi sia nel mondo che nell’INFN.
La sezione di Genova e il Dipartimento di Fisica, incluso alcuni degli attuali partecipanti, furono parte di questa impresa scientifica a partire dai primi momenti e, da allora, l’impegno del gruppo di Genova e’ sempre stato rilevante e continuo. Nel corso dell’ultimo trentennio professori, ricercatori, studenti e personale tecnico dell’INFN e del DIFI si sono avvicendati nel progetto, nella costruzione e nell’analisi dei dati con ruoli di massima responsabilità e offrendo contributi molto importantii. Molti hanno portato le competenze acquisite in Borexino in altri esperimenti o nel mondo dell’industria sia in Italia che all’estero, altri sono ormai in pensione. Qualcuno non è più con noi, ed è a loro che dedichiamo questo risultato. I colleghi meno giovani ricorderanno Sandro Vitale e Corrado Salvo, alcuni dei più giovani di Genova sono stati studenti insieme a Simone Marcocci. Grazie a Sandro, Corrado e Simone. C’è anche il vostro lavoro nel risultato di oggi e il nostro pensiero oggi va a voi.
A. Caminata, S. Davini, L. Di Noto, M. Pallavicini, G. Testera, S. Zavatarelli
