Ecco il telescopio sotto il mare che scova un «neutrino» da record: lo studio dei fisici di Bari

BARI – Dai fisici baresi un importante contributo alla scoperta del neutrino più energetico mai osservato, straordinario evento che ha conquistato la copertina di «Nature».

Un grande telescopio ancorato ai fondali siciliani del Mar Mediterraneo, a 3.450 metri di profondità, ha misurato un segnale cosmico inedito che prospetta definizioni scientifiche ancora inesplorate. La potenza stimata di circa 220 PeV, calcolata in un esperimento internazionale coordinato per l’Italia dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e che ha visto il Dipartimento interuniversitario di Bari coinvolto in modo importante negli ultimi 30 anni, fornisce la prima prova che nell’universo vengono prodotti neutrini di energie così elevate.

«Con quest’eccezionale osservazione, aperta a molteplici interpretazioni, abbiamo aperto la strada verso nuovi orizzonti nell’osservazione dell’universo. Il neutrino ultra-energetico potrebbe provenire da una nuova categoria di acceleratori cosmici o essere la prima rivelazione di un neutrino cosmogenico» spiega Marco Circella, ricercatore della Sezione di Bari dell’Infn e storico coordinatore tecnico della Collaborazione Km3NeT, l’esperimento a cui partecipano 360 scienziati di 68 istituzioni in 21 Paesi, e del precedente Antares.

«Questo risultato – prosegue – conseguito quando l’apparato era solo al 10% del volume finale, è una potente conferma delle potenzialità del nostro esperimento e premia l’ampio e articolato impegno portato avanti qui a Bari e in altre sedi per tanti lunghi anni».

LA SCOPERTA Il neutrino è stato intercettato il 13 febbraio 2023 dal rivelatore Arca del telescopio sottomarino per neutrini Km3NeT. Dopo un lungo e accurato lavoro di analisi e interpretazione dei dati sperimentali, si è calcolato che ha un’energia stimata di circa 220 milioni di miliardi di elettronvolt. Rappresenta un inedito “messaggero cosmico” proveniente da territori inesplorati.

RAGGI COSMICI L’universo ad alta energia è il regno di eventi cataclismatici, come l’accrescimento di buchi neri supermassicci al centro delle galassie, le esplosioni di supernova, i lampi di raggi gamma, tutti eventi non completamente compresi. Questi potenti acceleratori astrofisici generano flussi di particelle chiamati raggi cosmici. Quelli di più alta energia possono interagire con la materia o con i fotoni attorno alla sorgente, per produrre neutrini e fotoni. Oppure, viaggiando nello spazio, possono interagire con i fotoni della radiazione cosmica di fondo che permea l’universo fin dai suoi albori, dando origine ai “neutrini cosmogenici” estremamente energetici.

IL MISTERO DEI MISTERI I neutrini sono tra le particelle elementari più misteriose. Hanno una massa piccolissima, quasi nulla, non hanno carica elettrica e interagiscono solo debolmente con la materia. Per queste caratteristiche sono messaggeri cosmici molto speciali, in grado di arrivare da molto lontano e indicarci la direzione della sorgente, e quindi di portare informazioni uniche sui fenomeni astrofisici più energetici, consentendoci di esplorare i confini più remoti dell’universo.

LA RICERCA Sebbene siano la seconda particella più abbondante nell’universo dopo i fotoni, la loro interazione debole con la materia li rende molto difficili da rivelare e richiede esperimenti di grandi dimensioni come Km3NeT, che utilizza l’acqua di mare come mezzo di interazione per studiare i neutrini. I moduli ottici ad alta tecnologia del telescopio rivelano la luce Cherenkov, un bagliore bluastro che si genera durante la propagazione nell’acqua delle particelle ultrarelativistiche prodotte nelle interazioni dei neutrini. Il segnale rivelato è stato identificato come un singolo muone che ha attraversato l’intero rivelatore, inducendo segnali in più di un terzo dei suoi sensori. L’inclinazione della traiettoria, combinata con l’enorme energia, ha fornito una prova convincente che il muone abbia avuto origine da un neutrino cosmico che ha interagito nelle vicinanze del rivelatore.

IL TELESCOPIO Km3NeT è una gigantesca infrastruttura distribuita su due rivelatori: Arca (Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss) dedicato allo studio dei neutrini di più alta energia e delle loro sorgenti nell’universo, e Orca (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss) ottimizzato per studiare le proprietà fondamentali dei neutrini. Arca ha effettuato la misura pubblicata su Nature. Si trova a 3.450 metri di profondità, a circa 80 km. Le unità di rivelazione, alte 700 metri, sono ancorate al fondale marino e posizionate a 100 metri l’una dall’altra. Ciascuna ha 18 moduli ottici digitali, ciascuno con 31 fotomoltiplicatori. L’apparato che ambisce a diventare il più grande telescopio per neutrini al mondo, nella sua configurazione definitiva occuperà il volume di oltre un chilometro cubo per circa 200mila fotomoltiplicatori.