Bert e Ernie sono stati i primi due
a essere visti, ad una energia di 1 petaelettronvolt, PEV, poi ne sono seguiti
altri 26, di natura sicuramente cosmica. Sono i neutrini osservati, sarebbe
meglio dire proprio stanati, dall’imponente IceCubeTelescope, al Polo Sud, anzi
sotto il suo ghiaccio. Siccome poi nessuno ha un’immagine dei neutrini, né si
può avere ovviamente stiamo scherzando, facciamo vedere quel che sta attorno a questo telescopio, sicuramente il più strano che
sia mai stato costruito e con cui è cominciata l’era dell’astrofisica dei
neutrini.
Andando per gradi: i neutrini sono
particelle elementari ancora piuttosto enigmatiche e molto sfuggenti. Hanno una
storia un bel po’ italiana dato che sono stati previsti, con carta e penna, da
Ettore Majorana e soprattutto Enrico Fermi nella prima metà del secolo scorso,
negli anni’30. Sono particelle incredibilmente difficili da studiare, dato che
hanno una tendenza scarsissima a familiarizzare con la materia. Nei giornali si
trova scritto spesso che “non interagiscono” con le altre particelle, il che
non è corretto: intanto sono neutri, come dice la parola stessa che li
definisce, e quindi interagiscono solo tramite le forze deboli, che a loro
volta agisce solo quando due particelle si trovano a distanze incredibilmente
piccole.
Neutralità e interazione debole fanno sì che i neutrini se ne passino
indisturbati attraverso la materia, che peraltro noi vediamo continua e solida,
come un muro di cemento, ma che è ampiamente “vuota”: tra le dimensioni di un
nucleo atomico e quelle del suo mantello elettronico corre un fattore anche 100.000,
che non è poco. I nostri occhi quindi, non ci permettono di vedere e di
conseguenza capire come questo “vuoto” renda agevole al neutrino passare
attraverso la materia, ma è semplice come per un piccolo missile passare attraverso
una rete le cui maglie sono larghe migliaia di chilometri.
I neutrini peraltro sono abbondantissimi
in natura, da quando avete iniziato a leggere questa rubrica siete stati
trapassati da qualche centinaia di miliardi di neutrini. Niente paure, non
vi/ci fanno nulla dato che non reagiscono con le particelle che compongono gli atomi
che compongono le cellule del nostro corpo. Sembra un gioco di bambole russe
Matrioska. Diremo di più, quando mangiamo carote o patate o qualcosa che cresce
sottoterra ingurgitiamo anche piccolissime quantità di iodio radioattivo, un
elemento in cui i decadimenti beta, la
reazione nucleare che fa sì che un nucleo atomico decada emettendo un elettrone
(β -) o un positrone (β+), sono frequentissimi, e in essi viene rilasciato un
numero impressionante di neutrini. Chi ha mangiato patate o carote insomma
emette neutrini a milioni. Niente paura di nuovo, nessun problema, lo
riportiamo solo come una divertente curiosità.
Quelli
che trapassano la Terra sono quasi tutti di origine solare o anche atmosferica,
anche se si è sempre pensato, correttamente, che altri neutrini, la
maggioranza, debbano venire da fuori del sistema solare, dalla Galassia, e
anche dal di fuori di questa. In parole povere da tutto l’Universo. Quando non
ci sono, o non ci arrivano, altri segnali ad esempio luminosi o a qualche
frequenza radio o X allora possiamo sperare che in alcuni processi stellari, ad
esempio in una stella al termine della sua esistenza, invisibile per noi in
altro modo, o sui bordi di un buco nero si formino processi che emettano
neutrini. Questi sono i neutrini cosmici e possiamo giustamente chiederci come
fare a distinguerli dagli altri, visto che abbiamo detto che sono in quantità
incredibilmente elevate. La risposta è semplice, la “qualità” che ce li fa
riconoscere è la loro energia, quelli di tipo cosmico, provenienti cioè dalle
profondità dell’universo, hanno energia dai 30 megaelettronvolt in avanti.
Ora
che conosciamo, per sommi capi, i neutrini vediamo come fare a prenderli per
osservarli. Il concetto di base dovrebbe esserci chiaro: visto che
interagiscono con grande difficoltà con la materia, condizione sine qua non per
poterli osservare, occorrerà un telescopio molto grande, in modo che ci passino
attraverso un sacco di neutrini, e anche di un materiale abbastanza denso. Nel
nostro caso, e torniamo all’immagine di questo particolarissimo osservatorio
astronomico, IceCubetelescope è costituito da una superficie di ghiaccio di un
chilometro in cui sono immersi, attraverso canali scavati dall’uomo del
diametro del pungo di una mano, delle stringhe di rivelatori ottici, in tutto
86.
Quando uno dei neutrini reagisce con
un’altra particella nel processo viene emesso un piccolo lampo di luce blu di
tipo Cherenkov che viene rivelato da qualcuno dei 5160 rivelatori ottici
digitali attaccati alle stringhe calate nel ghiaccio, che è ovviamente
piuttosto trasparente. Insomma è come se la natura si fosse divertita a
complicarci la vista con queste inafferrabili particelle e poi ci avesse messo
sotto il naso l’elemento più semplice per rivelarle. Certo bucare il ghiaccio
polare sembrava un’impresa disperata, almeno in un primo momento, ma poi le
canalizzazioni sono state realizzate senza particolari problemi semplicemente
facendosi strada con acqua bollente, che ha sciolto …. l’acqua ghiacciata.
Nell’immagine vediamo
l’imponente edificio in cui sono racchiusi i controlli e gli uffici degli scienziati
e tecnici.
La prima pubblicazione, verrebbe
quasi da dire storica, che riporta l’osservazione di questi primi 28 eventi
dovuti sicuramente a neutrini cosmici è apparsa su Science del 22 novembre 2013
ed ha suscitato grande interesse.
"Questa è la prima indicazione
di molto neutrini di alta energia provenienti dal di fuori del nostro sistema
solare " ha detto Frank Halzen della University of Wisconsin-Madison che è
il ricercatore principale di IceCube "E segna l'alba di una nuova era per
l’astronomia". Parole impegnative ovviamente, ma veritiere, dato che i
neutrini potrebbero costituire una parte fondamentale dell’Universo, finora difficile
da quantificare per quanto abbiamo detto sopra.
L'origine e la causa di neutrini
astrofisici sono sconosciute, anche se le potenziali fonti, come abbiamo detto,
sono abbastanza certe. Una migliore comprensione di queste particelle è di
fondamentale importanza nella fisica delle particelle e astrofisica e gli
scienziati hanno lavorato per più di 50 anni per progettare e costruire un
rivelatore di neutrini ad alta energia come IceCube, e finalmente i risultati
arrivano, anche se può sembrare buffo il numero di sole 28 particelle rivelate
dopo tutto questo lavoro.
IceCube è stato progettato per
raggiungere due importanti obiettivi scientifici: misurare il flusso, o tasso
di neutrini di alta energia e cercare di identificare alcune delle loro fonti.
L'osservatorio è stato costruito ed è gestito da una collaborazione
internazionale di oltre 250 fisici ed ingegneri.
Niente informazioni invece sulla
sorgente, o sulle, che li ha emessi, dato che, per quanto i neutrini si muovano
senza praticamente interagire e quindi potrebbero dare ottime informazioni
sulla sorgente e la sua posizione, gli eventi sono ancora troppo pochi per
poterla determinare.
Ma ad IceCube Observatory non si
perdono d’animo e hanno pazienza: nei prossimi anni, il team guarderà il cielo
“come per fare una fotografia di lunghissima esposizione ".
Certo il posto non è dei più
piacevoli, solo ghiaccio per centinaia di chilometri e temperature atroci, da
rimanere assiderati. Appunto, rimanere “ad sidera”, esposti alle stelle. E ai
loro neutrini.
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