Proton-proton ciklus, más néven proton-proton reakció, termonukleáris reakciók láncolata, amely a Nap és más hűvös fősorozatú csillagok által sugárzott energia fő forrása. A termonukleáris reakciók egy másik sorozata, az úgynevezett szénciklus adja a forróbb csillagok által kibocsátott energia nagy részét.
A proton-proton ciklusban négy hidrogénmag (proton) egyesül egy héliummaggá; az eredeti tömeg 0,7 százaléka főként hőenergiává alakulva veszik el, de némi energia neutrínók (ν) formájában távozik. Először két hidrogénmag (1H) egyesül egy hidrogén-2 maggá (2H, deutérium), egy pozitív elektron (e+, pozitron) és egy neutrínó (ν) kibocsátásával. A hidrogén-2 atommag ezután gyorsan befog egy másik protont, hogy hélium-3 atommagot (3He) alkosson, miközben gammasugárzást (γ) bocsát ki. Jelképekben:
Ettől a ponttól kezdve a reakciólánc többféle útvonalat is követhet, de mindig egy hélium-4 atommag keletkezik, összesen két neutrínó kibocsátásával. A kibocsátott neutrínók energiája a különböző útvonalakon eltérő. A legközvetlenebb folytatásban két hélium-3 atommagból (amelyek a fentiek szerint keletkeznek) egy hélium-4 atommag (4He, alfa-részecske) keletkezik, két proton felszabadulásával,
A legnagyobb energiájú neutrínókat előállító út egy hélium-4 atommagot használ katalizátorként, és a köztes állapotú berillium- és bórizotópokon halad át. Szimbólumokban:
Az utóbbi út csak viszonylag magas hőmérsékleten következik be, és azért érdekes, mert ilyen energikus neutrínókat mutattak ki egy nagyszabású kísérletben, amelyben tetraklóretilént használtak detektálóközegként. Más kísérletek alacsonyabb hőmérsékletű reakciókból származó neutrínókat detektáltak, beleértve a kezdeti proton-proton reakciót is. Az észlelési ráták mindezekben a kísérletekben kisebbek voltak az elméletileg megjósoltnál. Ennek oka feltehetően az, hogy a Nap által kibocsátott elektron-neutrínók müon-neutrínóvá vagy tau-neutrínóvá változtak, mielőtt elérték volna a detektorokat, amelyeket az elektron-neutrínók kimutatására optimalizáltak. Hasonlítsa össze a szénciklust.