Viaţa unei stele se bazează pe procese de fuziune nucleară, în care elementele chimice uşoare, precum hidrogenul, sunt transformate în elemente chimice din ce în ce mai grele. Pentru prima dată un astfel de proces, importantul ciclu CNO, a fost observat prin măsurarea neutrinilor emişi în cadrul procesului CNO care are loc în Soare, efectuată de experimentul BOREXINO la laboratorul subteran de la Gran Sasso.

Viaţa unei stele este un proces care implică un echilibru delicat între două forţe opuse: una care are tendinţa de a duce la implozia stelei, forţa gravitaţională, cealaltă ar duce la explozia acesteia – reacţiile de fuziune nucleară din inima stelei. Fuziunea este un proces în care nuclee uşoare, cu energii extrem de mari în interiorul stelelor extrem de calde, se unesc în nuclee mai grele, eliberând energie. Practic parte din masa nucleelor iniţiale se transformă în energie, întrucât masa nucleului final este mai mică decât suma maselor nucleelor iniţiale.

În urma acestui proces se eliberează un număr enorm de neutrini – întrucât procesele de fuziune nucleară duc la naşterea acestor particule care au o masă extrem de mică, încă necunoscută, şi care nu au sarcina electrică. Neutrinii interacţionează cu materia doar prin aşa-numita interacţiune slabă, ceea ce face astfel încât în fiecare secundă corpul nostru să fie traversat de miliarde de neutrini, fără însă că aceştia să lase urme – suntem practic transparenţi pentru neutrini! Din când în când dacă volumul de materie traversat este foarte mare câte un neutrin interacţionează cu materia lăsând urme. Este această metodă folosită de experimentele care au obiectivul de a măsura neutrinii: volume foarte mari amplasate pe cât posibil în laboratoare unde procesele care ar deranja măsurătoarea sunt reduse – precum laboratoarele subterane, unde razele cosmice sunt practic eliminate.

Unul dintre aceste experimente, BOREXINO, care se bazează pe un scintilator lichid unde sunt detectaţi neutrinii, a reuşit o performanţă unică: măsurarea unor neutrini care provin dintr-o reacţie de fuziune nucleară deosebită – aşa-numitul ciclu CNO – Carbon-Azot-Oxigen, în cadrul căruia patru protoni dau naştere unui nucleu de heliu, împreună cu doi pozitroni (antiparticula electronului), doi neutrini şi fotoni. Acest ciclu de fuziune nucleară este extrem de important în stelele mari, mai mari decât Soarele nostru. În Soare reprezintă circa 1% din procesele de fuziune, deoarece mare parte din procesele nucleare care au loc în Soare şi în stelele asemănătoare ca dimensiuni Soarelui sunt fuziuni nucleare proton-proton. Acestea din urmă la rândul lor dau naştere neutrinilor, neutrini care au fost deja măsuraţi de BOREXINO în urmă cu ceva vreme.

Recent însă colaborarea BOREXINO a reuşit performanţa măsurătorii neutrinilor din ciclul CNO – reultatul fiind publicat în prestigioasa revista Nature. În cadrul ciclului CNO formarea nucleului de heliu final din cei patru protoni este „ajutată” de Carbon, Azot şi Oxigen într-un lanţ de reacţii nucleare, în care un nucleu de carbon iniţial se transformă în azot, pe urma în oxigen, ca la final să se regăsească ca nucleul de carbon iniţial (cu formarea în plus a nucleului de heliu), gata pentru o nouă reacţie.

Pe lângă faptul că acest studiu este primul care a reuşit să observe aceşti neutrini generaţi din ciclul CNO, importanţa studiului este legată de faptul că înţelegerea acestui proces permite să cunoaştem mai bine stelele – în special cele mari, cele care trăiesc pe baza acestui ciclu.

Neutrinii sunt singurele particule care reuşesc să străbată practic Soarele pornind din inima acestuia, fără să interacţioneze cu materia din care este făcut Soarele – din acest punct de vedere sunt extrem de preţioşi, întrucât ne pot ajuta să facem o „radiografie” a Soarelui.

Neutrinii, mesageri din cosmos, ne aduc informaţii extrem de preţioase despre procesele ce au loc în stele, o adevărată astronomie de neutrini, care, pe lângă astronomia vizibilă, ne dă informaţii despre Univers şi despre structura şi evoluţia acestuia.

[Articol scris de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesor la Colegiului Naţional “Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe]