Badacze współpracujący przy eksperymencie BOREXINO, w tym naukowcy z Instytutu Fizyki im. Mariana Smoluchowskiego Uniwersytetu Jagiellońskiego, otrzymali Nagrodę Giuseppe i Vanna Cocconi 2021 za wybitne osiągnięcia w dziedzinie astrofizyki cząstek i kosmologii. Wyróżnienie przyznało Europejskie Towarzystwo Fizyczne.
Eksperyment BOREXINO prowadzony jest w ramach międzynarodowej współpracy fizyków z Włoch, Niemiec, Francji, Polski, Stanów Zjednoczonych i Rosji. Biorą w nim udział m.in. prof. Marcin Wójcik, dr hab. Grzegorz Zuzel, dr Marcin Misiaszek i dr Anna Jany z Instytutu Fizyki im. Mariana Smoluchowskiego UJ. Badania prowadzone przez krakowskich badaczy finansowane są przez Narodowe Centrum Nauki w ramach programów HARMONIA i SONATA BIS. Nagroda Giuseppe i Vanna Cocconi 2021 została przyznana za przełomowe badania strumieni neutrin słonecznych z cyklu PP i CNO, które stanowią unikatowy i spójny test termojądrowego generatora energii w Słońcu.
Eksperyment BOREXINO został zaprojektowany do pomiaru niskoenergetycznych neutrin słonecznych w czasie rzeczywistym. Pomiar taki jest niezwykle trudny ze względu na bardzo mały przekrój czynny na oddziaływanie neutrin z materią oraz na duże tło generowane w tym zakresie energii przez rozpady izotopów promieniotwórczych. Przykładowo elektrony emitowane w rozpadach beta są nieodróżnialne od tych, pochodzących z rozpraszania. Biorąc pod uwagę niewielki oczekiwany sygnał w detektorze, jego masa musi być rzędu kilkuset ton, a zawartość izotopów promieniotwórczych w materiałach wykorzystanych do jego budowy musi być o 10 rzędów wielkości niższa, niż ta z którą mamy do czynienia na co dzień. Aby wyeliminować wpływ promieniowania kosmicznego stanowiącego zawsze źródło niepożądanego tła, detektor został umieszczony w 2007 roku w podziemnym laboratorium we włoskim Laboratori Nazionali del Gran Sasso.
W wyniku wieloletnich badań udało się osiągnąć bezprecedensowo niskie tło detektora BOREXINO. Dzięki temu mógł on zostać wykorzystany do przeprowadzenia prac o fundamentalnym znaczeniu dla astrofizyki oraz dla fizyki cząstek elementarnych. Wyniki uzyskane w eksperymencie publikowane są w czasopismach o najwyższej randze światowej, uzyskując nierzadko po kilkaset cytowań oraz prezentowane są na najważniejszych konferencjach poświęconych neutrinom. Znaczenie eksperymentu, jako jednego z wiodących w fizyce neutrin słonecznych, docenione zostało przez wielu znanych fizyków. BOREXINO uzyskał także status eksperymentu stowarzyszonego z Europejską Organizacją Badań Jądrowych CERN.
Detektor BOREXINO umożliwił rejestrację pełnego widma neutrin słonecznych, w szczególności neutrin typu pp, berylowych, borowych i neutrin z cyklu CNO. Zarejestrowany został także bezpośredni sygnał pochodzący od antyneutrin generowanych w rozpadach promieniotwórczych zachodzących w skorupie ziemskiej. Jedynie z wykorzystaniem detektora BOREXINO możliwa była rejestracja zarówno niskoenergetycznych, jak i wysokoenergetycznych neutrin słonecznych, co pozwoliło na niezależne badanie obszaru pośredniego pomiędzy oscylacjami neutrin w próżni oraz w materii. Uzyskano też m.in. najsilniejsze ograniczenie na czas życia elektronu. Zasada zachowania ładunku jest jednym z fundamentalnych praw przyrody. Doświadczalne wykazanie jego niezachowania byłoby wyjściem poza model standardowy cząstek i być może prowadziłoby do powstania nowych teorii. Zespół BOREXINO wyznaczył dolną granicę czasu życia elektronu ze względu na rozpad na poziomie 6.6·1028 lat. Jest to aktualnie najsilniejsze ograniczenie.
W eksperymencie uzyskano także cały szereg wyników dotyczących np. neutrin sterylnych, momentu magnetycznego neutrina czy korelacji sygnału neutrinowego z falami grawitacyjnymi.
Łukasz Wspaniały, źródło: UJ