Un recente annuncio ha portato all’attenzione degli studiosi una particella elementare caratterizzata da un valore energetico mai osservato prima. Si tratta di un neutrino individuato nelle acque profonde del Mar Mediterraneo, in prossimità delle coste siciliane, grazie ad ARCA (Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss), un complesso telescopio marino del progetto Km3NeT che sta ancora prendendo forma.
I neutrini sono entità microscopiche prive di carica elettrica, con massa minuscola e scarsissima tendenza a interagire con la materia, caratteristiche che rendono difficile rilevarli. Per poterli catturare, infatti, si ricorre a strumenti d’avanguardia posizionati in contesti estremi come i fondali marini.
Neutrini straordinariamente energetici
La scoperta è particolarmente interessante perché il neutrino catturato presenta un livello di energia senza precedenti. Queste particelle costituiscono un tassello fondamentale per comprendere i processi astrofisici che regolano il nostro Universo.
Vengono emesse, ad esempio, in reazioni nucleari che avvengono all’interno delle stelle, ma nascono anche in seguito a eventi cosmici estremi come esplosioni di supernovae o fusioni di stelle di neutroni. In questo caso, l’energia misurata è risultata di 220 milioni di miliardi di elettronvolt, un dato superiore di trenta volte rispetto a precedenti rilevazioni di neutrini considerati già estremi e parecchie migliaia di volte più elevato di quanto ottenuto negli acceleratori terrestri più potenti.
L’analisi che ha portato a questa rivelazione è stata recentemente pubblicata sulla rivista “Nature” ed è il frutto di un lungo lavoro di studio. Nonostante l’evento risalga al 13 febbraio 2023, sono stati necessari diversi passaggi per convalidare i dati e confermare la natura dell’oggetto rilevato. I fisici hanno stabilito che si trattasse di un neutrino perché la direzione di provenienza e la traccia luminosa lasciata dalla particella secondaria (un muone) non lasciavano dubbi.
Il muone emette infatti luce di Cherenkov quando si muove nell’acqua a velocità superiori a quella della luce nello stesso mezzo, e questo bagliore viene catturato dai fotomoltiplicatori di ARCA.
Un “telescopio” sui fondali marini
ARCA, situato a circa 3500 metri di profondità, non è un telescopio come quelli tradizionali puntati verso il cielo. Si basa su schiere di fotomoltiplicatori che rivelano i segnali deboli generati dal passaggio di particelle.
Dal momento che la luce naturale non raggiunge queste profondità, qualsiasi fenomeno luminoso anomalo diventa prezioso per individuare collisioni subatomiche. Nel caso di un neutrino, la produzione di un muone ad alta energia lascia una scia luminosa misurabile: da qui gli scienziati deducono il tipo di particella originaria, la sua energia e la sua traiettoria.
Nel rilevamento appena confermato, il muone generato dal neutrino è emerso con una traiettoria orizzontale, un segnale molto particolare a quella profondità. Proprio questo dettaglio ha aiutato i ricercatori a interpretare l’evento come la firma inconfondibile di un neutrino proveniente da distanze che vanno oltre il sistema solare.
Possibili meccanismi di formazione
Le ipotesi sulle origini di questo neutrino da record vertono su due principali scenari. Un primo modello indica come sorgente un gigantesco buco nero, capace di accelerare materia e particelle subatomiche in getti potentissimi: quando tali getti sono rivolti verso la Terra, ricevono la definizione di blazar. Gli scienziati ritengono che un simile oggetto galattico possa aver emesso il neutrino in epoche molto lontane.
In alternativa, potrebbe essersi formato in seguito alla collisione di un raggio cosmico super-energetico con un fotone della radiazione cosmica di fondo. Questo “bagno” di microonde che pervade lo spazio è il residuo del Big Bang e occasionalmente può dare vita a processi fisici in grado di originare neutrini di valore energetico eccezionale.
Gli esperti si dicono fiduciosi che, con il completamento di ARCA e l’avanzare della ricerca, sarà possibile identificare nuovi episodi analoghi. La prospettiva è che i neutrini diventino un altro strumento di osservazione, accanto alla luce, per raccogliere informazioni sul cosmo. Se questo avverrà, si aprirà una strada inedita per scoprire dettagli finora inaccessibili.
