La 15 milioane de grade Celsius, materia din inima Soarelui nu mai seamănă cu nimic din ce cunoaștem pe Pământ. Nu e solidă, nu e lichidă și nici măcar gazoasă în sens clasic. Atomii sunt sfâșiați: electronii își părăsesc nucleele și cutreieră liberi printre protonii goi.
Fizicienii numesc acest infern cuantic plasmă degenerată – un mediu atât de dens încât electronii nu mai ascultă de regulile normale ale termodinamicii, ci de legile bizare ale mecanicii cuantice. Densitățile sunt greu de imaginat: 150 de grame pe centimetru cub, de 150 de ori mai mult decât apa.
O singură linguriță din această plasmă cântărește cât un om. Aici, în acest amestesc supraîncălzit, se desfășoară de 4,6 miliarde de ani motorul care ne ține în viață. Patru protoni – nuclee de hidrogen – fuzionează într-un nucleu de heliu.
Dar produsul final cântărește mai puțin decât suma părților. Diferența infimă este transformată în energie pură, după celebra formulă a lui Einstein. Efectul este colosal: în fiecare secundă, Soarele topește 600 de milioane de tone de hidrogen în heliu.
Din acest proces, 4 milioane de tone de materie dispar complet și se transformă în radiație. Modelele stelare care descriu acest mecanism au fost puse la punct începând cu anii 1960 de John Bahcall și colegii săi, într-o serie de articole de referință din The Astrophysical Journal.
Ele au stat la baza a ceea ce astăzi numim modelul solar standard.
O sută de mii de ani pentru o călătorie de două secunde
Iar povestea unui foton născut în acest infern este una de o răbdare care sfidează logica. El călătorește cu viteza luminii. În linie dreaptă, i-ar ajunge doar două secunde până la suprafață. Dar nu există drum drept în miezul solar.
Plasa de plasmă este atât de densă încât fotonul este absorbit și reemis de nenumărate ori, fiecare interacțiune schimbându-i direcția la întâmplare. Este un joc interminabil de biliard cuantic, un mers aleatoriu care se repetă de miliarde de miliarde de ori.
Rezultatul: între 100.000 și 170.000 de ani pentru a străbate distanța pe care lumina o parcurge în sub trei secunde. Acest calcul provine din modelele de transport radiativ ale lui Subrahmanyan Chandrasekhar, laureat al Premiului Nobel pentru Fizică în 1983.
Neutrinii care au rescris fizica particulelor
Există însă particule care scapă de această capcană. Neutrinii, produși din abundență în reacțiile de fuziune, aproape că nu interacționează cu materia. Pentru ei, Soarele este aproape transparent. În mai puțin de două secunde, ies din inima solară și zboară nestingheriți spre spațiu.
Tocmai această proprietate i-a transformat în cei mai buni mesageri ai interiorului solar – dar și într-un puzzle care a încurcat fizicienii timp de trei decenii. În anii 1960, Raymond Davis Jr. a instalat un detector într-o mină din Dakota de Sud, special pentru a capta neutrinii solari.
Rezultatele au fost constante și inexplicabile: el găsea de două până la trei ori mai puțini neutrini decât preziceau modelele. Problema neutrinilor solari devenise o criză a fizicii.
Timp de 30 de ani, nimeni nu știa dacă modelele Soarelui sunt greșite sau dacă înțelegerea particulelor este incompletă. Soluția a venit abia în 2001, de la detectorul SNO din Canada. Publicațiile din Physical Review Letters au arătat că neutrinii nu sunt particule simple.
Pe drumul lor de la Soare până pe Pământ, ei își schimbă natura – oscilează între trei tipuri diferite. Detectorul lui Davis măsura doar unul dintre ele. Modelele solare erau corecte. Fizica particulelor era cea care trebuia rescrisă.
Pentru această descoperire, Raymond Davis Jr. a primit Premiul Nobel pentru Fizică în 2002.
