Protonen-Protonen-Zyklus, auch Protonen-Protonen-Reaktion genannt, Kette thermonuklearer Reaktionen, die die Hauptquelle der von der Sonne und anderen kühlen Hauptreihensternen ausgestrahlten Energie ist. Eine andere Abfolge thermonuklearer Reaktionen, der so genannte Kohlenstoffzyklus, liefert einen Großteil der Energie, die von heißeren Sternen freigesetzt wird.
Bei einem Proton-Proton-Zyklus werden vier Wasserstoffkerne (Protonen) zu einem Heliumkern verbunden; 0,7 Prozent der ursprünglichen Masse gehen dabei verloren, hauptsächlich durch Umwandlung in Wärmeenergie, aber ein Teil der Energie entweicht in Form von Neutrinos (ν). Zunächst verbinden sich zwei Wasserstoffkerne (1H) zu einem Wasserstoff-2-Kern (2H, Deuterium) unter Aussendung eines positiven Elektrons (e+, Positron) und eines Neutrinos (ν). Der Wasserstoff-2-Kern fängt dann schnell ein weiteres Proton ein, um einen Helium-3-Kern (3He) zu bilden, wobei ein Gammastrahl (γ) ausgesendet wird. In Symbolen:
Von diesem Punkt an kann die Reaktionskette einen von mehreren Wegen einschlagen, aber sie führt immer zu einem Helium-4-Kern, wobei insgesamt zwei Neutrinos emittiert werden. Die Energie der emittierten Neutrinos ist auf den verschiedenen Wegen unterschiedlich. Bei der direktesten Fortsetzung bilden zwei Helium-3-Kerne (wie oben beschrieben) einen Helium-4-Kern (4He, Alphateilchen) unter Freisetzung von zwei Protonen,
Der Weg, der die energiereichsten Neutrinos erzeugt, verwendet einen Helium-4-Kern als Katalysator und durchläuft Beryllium- und Bor-Isotope in Zwischenzuständen. In Symbolen:
Der letztgenannte Weg tritt nur bei relativ hohen Temperaturen auf und ist von Interesse, weil solche energiereichen Neutrinos in einem groß angelegten Experiment mit Tetrachlorethylen als Nachweismedium nachgewiesen wurden. In anderen Experimenten wurden Neutrinos aus Reaktionen bei niedrigeren Temperaturen nachgewiesen, darunter auch aus der anfänglichen Proton-Proton-Reaktion. Die Nachweisraten waren bei all diesen Experimenten geringer als theoretisch vorhergesagt. Man vermutet, dass dies daran liegt, dass sich die von der Sonne emittierten Elektronen-Neutrinos in Myon- oder Tau-Neutrinos verwandeln, bevor sie die Detektoren erreichen, die für den Nachweis von Elektronen-Neutrinos optimiert wurden. Vergleiche Kohlenstoffkreislauf.