Tra la previsione teorica di Hans Bethe del 1939 e la prima misura diretta dei neutrini del ciclo CNO sono passati 81 anni. Borexino, l'esperimento raccontato dal suo padre fondatore Gianpaolo Bellini in "Come e perché il sole e le stelle brillano" (Springer, 2025), ha colmato quel divario.
Un libro che racconta 32 anni sotto il Gran Sasso
Il volume, 176 pagine pubblicate da Springer e venduto a 28,80 euro, è la cronaca di prima mano di un esperimento avviato nel 1990 e concluso nell'ottobre 2021. Gianpaolo Bellini, professore emerito dell'Università di Milano e portavoce unico dell'esperimento per 22 anni, descrive l'idea iniziale di Raju Raghavan, fisico indo-americano dei Bell Labs scomparso nel 2011, la costruzione del rivelatore nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso e i risultati ottenuti grazie ai neutrini. La struttura "a cipolla" del rivelatore, protetta da 1.400 metri di roccia, ha permesso di raggiungere un livello di radiopurezza ineguagliato e di osservare particelle che attraversano il Sole e l'intera Terra senza interagire. Il libro alterna narrazione divulgativa e approfondimenti tecnici alla fine di ogni capitolo, con un linguaggio accessibile anche a chi ha una formazione scientifica di base.
Dalla teoria di Bethe alla prova sperimentale: 81 anni
Il valore storico dell'esperimento si misura contando gli anni. Hans Bethe nel 1939 pubblica "Energy Production in Stars" e ipotizza che il Sole brilli grazie a due cicli nucleari: la catena protone-protone e il ciclo CNO (carbonio-azoto-ossigeno), quest'ultimo proposto un anno prima anche da Carl Friedrich von Weizsäcker. Il riconoscimento arriva nel 1967 con il Nobel, ma la prova sperimentale diretta resta in sospeso per decenni. Borexino la fornisce in due tappe: nel 2014 misura i neutrini della catena protone-protone, responsabile del 99% dell'energia solare; il 25 novembre 2020 pubblica su Nature la prima rivelazione in assoluto dei neutrini del ciclo CNO, che nel Sole pesa appena l'1% ma diventa dominante nelle stelle con massa superiore di circa il 20% rispetto a quella solare. Il rivelatore ha lavorato a una profondità equivalente a 3.800 metri di acqua, riducendo il flusso di muoni cosmici di sei ordini di grandezza secondo i dati dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso. Mentre progetti più recenti come l'osservatorio SOLARIS in Antartide guardano il Sole dall'alto del Polo Sud, l'esperimento al Gran Sasso lo ha studiato dal basso, dietro una montagna.
Cosa lascia l'esperimento oltre i neutrini
La chiusura non ferma la ricerca sul Sole. Il libro elenca le eredità: tecniche di radiopurezza riutilizzate negli esperimenti sulla materia oscura, la prima rilevazione dei geoneutrini con una stima della radioattività del mantello terrestre, la formazione di oltre 100 ricercatori provenienti da Italia, Stati Uniti (Princeton, Massachusetts Amherst, Virginia Tech), Germania (TUM Monaco, Mainz, Dresda), Russia, Polonia, Ucraina, Francia e Regno Unito. Bellini sottolinea il ruolo trainante delle università di Milano, Genova, Pavia, Perugia, Ferrara, Napoli e del Politecnico di Milano. Quelle scoperte dialogano con le altre frontiere della fisica solare attuale: dalla relazione fra attività del Sole e sismicità terrestre alle prospettive sull'attività solare oltre il minimo del ciclo di Gleissberg. Per insegnanti e studenti di fisica il volume funziona anche come manuale di metodo: come si progetta un esperimento da zero, come si gestiscono i ritardi (i lavori furono sospesi per due anni e mezzo per ordine di un tribunale locale) e l'ostilità ambientalista, come si forma una generazione di ricercatori senza pregiudicarne le carriere.
Borexino ha smesso di prendere dati, ma le sue tecniche di radiopurezza sono già nei rivelatori che cercano materia oscura e neutrini di bassissima energia: chi oggi studia la luce del Sole lo fa sulle spalle di un esperimento che ha trasformato una previsione del 1939 in numeri verificabili.
Domande frequenti
Che cos'è l'esperimento Borexino e qual è stata la sua importanza?
Borexino è un esperimento condotto nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, progettato per rilevare direttamente i neutrini prodotti dal Sole. La sua importanza risiede nell'aver fornito, dopo 81 anni dalla previsione teorica di Hans Bethe, la prima misura diretta dei neutrini del ciclo CNO, confermando così i modelli di produzione dell'energia solare.
Quali risultati principali ha ottenuto Borexino nello studio del Sole?
Borexino ha misurato i neutrini della catena protone-protone nel 2014 e, nel 2020, ha pubblicato la prima rivelazione dei neutrini del ciclo CNO. Questi risultati hanno permesso di verificare sperimentalmente i processi nucleari previsti per il funzionamento del Sole.
Quali sono le eredità e gli impatti di Borexino oltre la ricerca sui neutrini solari?
L'esperimento ha lasciato tecniche avanzate di radiopurezza ora utilizzate nella ricerca sulla materia oscura e in altri esperimenti sui neutrini. Ha inoltre contribuito alla formazione di oltre 100 ricercatori internazionali e realizzato la prima rilevazione dei geoneutrini, stimando la radioattività del mantello terrestre.
In che modo il libro di Gianpaolo Bellini è utile a studenti e insegnanti di fisica?
Il volume offre una narrazione accessibile alternata ad approfondimenti tecnici, fungendo anche da manuale di metodo per la progettazione e la gestione di esperimenti scientifici. È particolarmente utile per comprendere come si sviluppa una ricerca di lunga durata e come si superano ostacoli tecnici e organizzativi.
Quali università e istituzioni hanno avuto un ruolo chiave nell'esperimento Borexino?
Hanno avuto un ruolo trainante le università di Milano, Genova, Pavia, Perugia, Ferrara, Napoli e il Politecnico di Milano, oltre a numerose collaborazioni internazionali con istituti di Stati Uniti, Germania, Russia, Polonia, Ucraina, Francia e Regno Unito.
