Quei due neutrini vengono da molto lontano!

Timido, invisibile, sfuggente. Questi sono soltanto alcuni degli aggettivi utilizzati per descrivere il neutrino, la particella elementare che più di ogni altra con la materia non vuole sapere di averne a che fare. D’altra parte quando avrete finito di leggere questo articolo, senza che ve ne siate resi conto, i neutrini che avranno attraversato il vostro corpo saranno stati alcune decine di miliardi. Fortunatamente per i fisici, però, i neutrini in giro per l’universo sono un’infinità e questo aumenta la probabilità che qualcuno di essi interagisca con i rivelatori pensati per dargli la caccia e smascherarne le origini. Quando poi si riesce a stabilire che a lasciare una traccia sono neutrini che provengono dall’esterno della nostra galassia, l’evento da raro diventa eccezionale. Questo è quello che è successo qualche settimana fa in Antartide agli scienziati che lavorano all’IceCube Neutrino Observatory, il più grande detector di neutrini al mondo. In un articolo apparso recentemente su arXiv, il team racconta infatti di aver messo nel sacco due neutrini molto speciali: certamente sono quelli con l’energia più alta mai rilevata e con ogni probabilità i primi mai osservati direttamente a essere stati prodotti nel cuore di un’altra galassia.
 

Vista aerea del laboratorio IceCube al Polo Sud (crediti: IceCube collaboration)

 
Neutrini, ovunque e da sempre
Emergono dalle viscere della Terra, per via della radioattività naturale delle rocce. Anche noi li produciamo. La radioattività del potassio e del calcio presente nelle ossa e nei denti fa dei nostri corpi debolissime sorgenti di neutrini. Ma se ne siamo letteralmente circondati la “colpa” è del Sole. A seguito delle reazioni di fusione nucleare che avvengono nel cuore della nostra stella, in pochi secondi vengono prodotti più neutrini di quanti granelli di sabbia sono presenti sulla Terra. Come il Sole anche tutte le altre stelle sono fucine inesauribili di neutrini, e con loro i buchi neri e le catastrofiche esplosioni delle supernove. Ma tutti questi neutrini, per quanto numerosi, sono poco più che nuovi arrivati: la maggior parte di quelli che pervadono l’universo è un resto fossile del Big Bang e sta viaggiando inosservato da quasi quattordici miliardi di anni.
 
Attenti a quei due
Una domanda a questo punto sorge spontanea: come facciamo a sapere quale sia l’origine dei due neutrini rivelati dall’IceCube? La risposta è la loro energia. I due neutrini in questione avevano energie 100 milioni di volte maggiori rispetto a quelli provenienti dalle supernove, addirittura qualche miliardo di volte più grandi di quelli prodotti nel Sole. Esiste la possibilità che si tratti di due neutrini atmosferici, che siano stati prodotti, cioè, dall’interazione dei raggi cosmici con l’atmosfera. Solitamente, tuttavia, questi esemplari hanno energie che sono appena cento volte superiori a quelle dei neutrini solari, così gli scienziati lo considerano improbabile. Se invece la loro origine è effettivamente extragalattica, allora sono probabilmente legati alle stesse sorgenti che producono i raggi cosmici ad alta energia, cioè i gamma ray burst prodotti dal collasso di stelle morenti, o i getti di radiazione emessi dai buchi neri supermassivi che si trovano al centro delle galassie.
 

Schema dell'IceCube Neutrino Observatory (crediti: IceCube collaboration)

 
Un telescopio di ghiaccio
«Con i raggi X, assai più penetranti della luce ordinaria, potete vedere dentro la vostra mano. Con i neutrini, ancor più penetranti dei raggi X, potete guardare dentro il Sole». Con queste parole, pronunciate in occasione della cerimonia di consegna del nobel per la fisica nel 2002, Ray Davis sintetizzava le ragioni che lo avevano condotto a dare la caccia per quarant’anni ai neutrini solari. Chissà che qualcosa di molto simile non si potrà dire anche per l’IceCube, questo cubo di ghiaccio foderato da 5 mila sensori ottici con un volume quattrocento volte più grande di quello della piramide di Cheope. Se riesce davvero a rilevare i neutrini extragalattici, allora significa che può funzionare come un telescopio in grado di sbirciare nel cuore delle altre galassie. E così facendo, come ha affermato Thomas Gaisser dell’Università del Delaware, membro del team di IceCube, «inaugurerebbe un nuovo modo di studiare l’Universo».

Per la lezione

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