A caccia di neutrini

1. Messaggeri cosmici

di L. Benussi, F. Toti Lombardozzi, A. Venturelli

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"Perché, secondo la opinione mia, a chi vuole una cosa ritrovare,
bisogna adoperar la fantasia, e giocar d’invenzione e ‘ndovinare..."

Galileo Galilei

La massima di Galileo ci aiuta a partire per questo percorso, proprio perchè trattiamo un argomento particolare..., di messaggeri misteriosi e sfuggenti, veramente restii a rivelarsi…, elusivi come i neutrini; comprenderne la natura è una delle sfide scientifiche più impegnative, ma anche più entusiasmanti e stimolanti e per studiarli bisogna porsi sottoterra!

Questo percorso ci guiderà lungo la strada della ricerca, a partire dal 1930 - anno dell’invenzione dei neutrini - fino ai nostri giorni, conducendoci spesso nelle viscere della Terra, all’interno di gallerie scavate nelle montagne, nelle profondità dei mari o dei ghiacci dell’Antartide. Ci mostrerà come se ne sia dimostrata l’esistenza, quali sorgenti celesti li emettano e quali informazioni ci portano, come possono essere studiate le loro caratteristiche, e come queste particelle fantastiche siano diventate meno misteriose, più significative nel campo della Fisica fondamentale e dell’Astrofisica. Le informazioni viaggiano con la luce, visibile e non visibile, e con la radiazione cosmica icona_glossario. Onde elettromagnetiche e particelle provenienti dallo spazio ci descrivono un mondo che si riteneva inaccessibile all’indagine scientifica. Una pioggia silenziosa di radiazioni elettromagnetiche e corpuscolari provenienti dallo spazio raggiunge incessantemente la Terra.

Gli scienziati hanno imparato a captarle, ad analizzarle e a decifrarne i messaggi. Le radiazioni elettromagnetiche, infatti, ci portano le informazioni sulla natura e sui fenomeni relativi alla sorgente che le ha emesse. Chi avrebbe mai immaginato, prima della scoperta della spettrografia, che avremmo conosciuto la natura fisica delle stelle, la loro composizione chimica, la loro evoluzione? L’astronomia, nel corso degli ultimi secoli, già aveva scardinato concezioni millenarie sulla natura e sulla natura dei cieli determinando una vera e propria rivoluzione scientifica e culturale senza precedenti; mentre negli ultimi decenni ci ha fornito, grazie alla possibilità di indagine a tutte le lunghezze d’onda dello spettro elettromagnetico, un quadro dei fenomeni celesti radicalmente nuovo, assolutamente impensabile nella prima parte del XX secolo. Dalla Terra e dallo spazio Osservatori sempre più potenti, sofisticati e sensibili scrutano senza sosta il cielo rivelandoci un mondo di straordinaria ricchezza e bellezza.

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fonte immagine: www.ishtar.df.unibo.it
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fonte immagine: http://www.mos.org/

I nostri preziosi messaggeri hanno caratteristiche diverse, per cui per intercettarli si ha bisogno di ricevitori diversi e di determinate condizioni di osservazione. Non c’è alcun problema, almeno in teoria, per l’osservazione da terra nelle bande ottica e radio; invece, per tutte le altre radiazioni elettromagnetiche,  è necessario porsi al di fuori dell’atmosfera terrestre, con telescopi installati su palloni o, meglio, a bordo di satelliti.

I neutrini sono le particelle che interagiscono meno con la materia, per cui la attraversano come se niente fosse. Per questo motivo i neutrini ci portano informazioni di oggetti e di loro processi altrimenti inaccessibili.  Le altre particelle della radiazione cosmica non sono mai così penetranti. Sotto uno spesso strato di roccia, allora, possiamo tentare di “vedere” solo loro. Invisibili, corrono per l’Universo senza lasciare traccia, o quasi; se solo avessero una massa minimamente significativa deciderebbero le sorti finali dell’Universo. Ogni secondo, 60 miliardi di neutrini, la maggior parte emessi dal Sole, piovono su ogni centimetro quadrato del nostro corpo, lo attraversano e poi viaggiano nell’atmosfera o all’interno della Terra per uscire dall’altra parte, quasi tutti. Sono particelle che corrono alla velocità della luce, che interagiscono pochissimo con la materia tanto che potrebbero attraversare, pressoché indisturbati, uno spessore di piombo di qualche anno luce.Del resto, di tutti quelli che passano attraverso il nostro organismo, durante tutto il corso della vita, solo uno o due interagiscono con la nostra materia. La nostra stella produce più di 200 trilioni di neutrini al secondo, ma l’esplosione di una Supernova icona_glossario ne libera mille volte di più di quanto ne produca il Sole in un periodo di 10 miliardi di anni. A differenza delle particelle della radiazione cosmica, i neutrini, per la scarsa (o quasi nulla) reattività con la materia che attraversano, sono gli unici segnali capaci di arrivare fino a noi senza essere minimamente deviati, superando qualsiasi ostacolo lungo il loro cammino.Ma la scarsa reattività li rende anche pressoché inafferrabili. Possono essere osservati, infatti, soltanto ponendo i rivelatori sotto terra, all’interno di montagne o nelle profondità delle miniere, sul fondo del mare o sotto una spessa coltre di ghiaccio. La schermatura, rappresentata da uno spessore di qualche migliaio di metri di roccia, di ghiaccio o di acqua, riduce notevolmente il disturbo determinato dall’arrivo al rivelatore di altre particelle energetiche della radiazione cosmica che, altrimenti, coprirebbero totalmente i debolissimi segnali emessi dal passaggio dei neutrini. Gli scienziati hanno pensato, cioè, di condurre i loro esperimenti nelle condizioni in cui al rivelatore giungono solo, o quasi, le particelle che intendono osservare e studiare.

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