La scoperta dei neutrini ha rivoluzionato la fisica. Grazie a queste particelle elementari, nate nel processo di trasformazioni nucleari, è stato possibile spiegare da dove proviene l'energia del Sole e quanto tempo gli resta da vivere. RIA Novosti parla delle caratteristiche dei neutrini solari e del motivo per cui dovrebbero essere studiati.
Perché splende il sole
I fisici hanno intuito l'esistenza di una misteriosa particella elementare con carica zero emessa durante il decadimento radioattivo dagli anni '30. Lo scienziato italiano Enrico Fermi lo ha definito un piccolo neutrone: il neutrino. Questa particella (allora ancora ipotetica) ha aiutato a comprendere la natura della luminosità del Sole.
Secondo i calcoli, ogni centimetro quadrato della superficie terrestre riceve due calorie dal Sole al minuto. Conoscendo la distanza dalla stella, non è stato difficile determinare la luminosità: 4 * 1033 erg. Da dove viene - questa domanda non ha ricevuto risposta da molto tempo. Se il sole, composto principalmente da idrogeno, bruciasse semplicemente, non sarebbe esistito per diecimila anni. Considerando che il volume diminuisce durante la combustione, il Sole dovrebbe, al contrario, essere riscaldato dalle forze di gravità. In questo caso, si sarebbe estinto in circa trenta milioni di anni. E poiché la sua età supera i quattro miliardi di anni, ha una fonte di energia costante.
Una tale fonte a temperature mostruose all'interno di una stella può essere la reazione della fusione dell'elio da parte di due protoni che entrano nel nucleo di idrogeno. In questo caso, viene rilasciata molta energia termica e si forma una particella di neutrino. In base alle sue dimensioni, il Sole potrebbe bruciare per dieci miliardi di anni prima di raffreddarsi definitivamente, trasformandosi in una gigante rossa.
Per convincersi della validità di questa ipotesi, è stato necessario registrare i neutrini nati all'interno del Sole. I calcoli hanno dimostrato che sarebbe difficile farlo, poiché la particella interagisce molto debolmente con la materia e ha una straordinaria capacità di penetrazione. Quando nasce, non reagisce con nient'altro e raggiunge la Terra in otto minuti. Quando il sole splende, ogni centimetro quadrato della nostra pelle viene perforato da circa cento miliardi di neutrini al secondo. Ma non ce ne accorgiamo. I flussi di particelle attraversano facilmente pianeti, galassie, ammassi stellari. A proposito, i neutrini reliquia nati nei primi secondi del Big Bang stanno ancora volando nell'Universo.
Video promozionale:
Catturato per veleno, acqua e metallo
Nonostante l'inerzia, i neutrini talvolta entrano in collisione con gli atomi della materia. Ci sono solo pochi eventi di questo tipo al giorno. Se si protegge il rilevatore da fotoni, radiazioni cosmiche, radioattività naturale, è possibile registrare il risultato delle collisioni. Questo è il motivo per cui le trappole per neutrini vengono collocate in profondità nel sottosuolo o nei tunnel di montagna.
Il primo metodo per registrare i neutrini solari fu proposto nel 1946 dal fisico italiano Bruno Pontecorvo, che lavorava a Dubna vicino a Mosca. Ha scritto una semplice reazione dell'interazione di una particella con un atomo di cloro, con conseguente nascita di argon radioattivo. Un'installazione di questo tipo è stata realizzata nel laboratorio sotterraneo di Homestake negli Stati Uniti, dove nel 1970 sono stati registrati per la prima volta i neutrini solari. Nel 2002, il fisico Raymond Davies, che ha ricevuto questi risultati, è stato insignito del Premio Nobel.
Vadim Kuzmin dell'Istituto per la ricerca nucleare, Accademia russa delle scienze, ha inventato un modo per rilevare il passaggio dei neutrini attraverso una soluzione di gallio. Come risultato della collisione di particelle con atomi di questo elemento, si forma germanio radioattivo. Dal 1986, un rilevatore basato su questo principio è operativo presso il Baksan Neutrino Observatory (Caucaso settentrionale) come parte dell'esperimento congiunto SAGE negli Stati Uniti.
Un anno prima, le osservazioni dei neutrini erano iniziate nella struttura di Kamiokande in Giappone, dove il rilevatore era l'acqua, che brillava di blu quando sono nati gli elettroni. Questa è la cosiddetta radiazione Cherenkov.
I neutrini solari vengono persi e ritrovati
Quando scienziati di diversi paesi hanno accumulato dati sul numero di reazioni dei neutrini con la materia, si è scoperto che sono due o tre volte inferiori a quanto suggerito dalla teoria. Sorse il problema della carenza di neutrini. Per risolverlo, è stato proposto di abbassare la temperatura del Sole e in generale di cambiare idea a riguardo. Ci sono voluti tre decenni per trovare la risposta, e invece di inventare un nuovo modello della nostra stella, i fisici hanno creato una nuova teoria dei neutrini.
Si è scoperto che sulla strada dalla stella alla Terra, le particelle sono in grado di reincarnarsi nelle loro varie modificazioni. Questo fenomeno è stato chiamato oscillazione del neutrino. Nel 2015 è stato conferito il Premio Nobel per la sua conferma e gli esperimenti all'Osservatorio Baksan Neutrino hanno svolto un ruolo decisivo. Ora si prevede di costruire lì un rivelatore universale, registrando tutti i tipi di neutrini e antineutrini da tutte le fonti: il Sole, il centro della Galassia, dal centro della Terra.
Se inizialmente i fisici studiavano i neutrini per capire meglio il Sole e la fusione termonucleare in esso avvenuta, ora questa particella fondamentale ha interessato gli scienziati di per sé. È noto che la massa dei neutrini è molto piccola, ma non è stata ancora calcolata con certezza. E questo è importante per capire la natura della massa nascosta dell'Universo. Si sospetta anche l'esistenza di un neutrino sterile, che interagisce con la materia solo attraverso la gravità. Gli astronomi nutrono grandi speranze per la fisica dei neutrini, poiché consente loro di guardare nelle viscere delle stelle e dei buchi neri, per conoscere l'origine dello spazio. I segreti dei neutrini continuano ad essere compresi in molti osservatori del mondo, compresi quelli situati nelle acque del Lago Baikal e sul ghiacciaio dell'Antartide.
Tatiana Pichugina
