Di tutte le particelle conosciute nel nostro universo, i neutrini sono forse le più sfuggenti; le loro origini sono misteriose, il loro scopo sconosciuto e sono notoriamente difficili da individuare.
Saprai già che la materia ordinaria e quotidiana è composta da combinazioni di particelle elementari chiamate protoni, neutroni ed elettroni. Mettili insieme in diverse disposizioni e puoi creare qualsiasi sostanza che vediamo intorno a noi, dall’aria alla plastica e all’acciaio.
Ma ci sono molte altre particelle strane e meravigliose che non incontriamo nella vita di tutti i giorni. Alcuni di questi sono instabili ed esistono solo brevemente prima di scomparire in un lampo di energia. Altri passano, come fantasmi invisibili, attraverso il mondo di tutti i giorni.
Il primo indizio sull’esistenza dei neutrini risale al 1930 quando un fisico, Wolfgang Pauli, notò che in certi processi nucleari, le particelle saltavano via in direzioni casuali come se fossero state spinte.
Immaginò che ciò fosse dovuto al fatto che era coinvolta un’altra particella invisibile (il neutrino) che stava dando loro una spinta nella direzione opposta.
Il problema? Sebbene la particella da lui proposta si sia rivelata molto conveniente per la sua teoria, si è anche rivelata molto difficile da rilevare.
I fisici, normalmente vedono le cose misurando le particelle di luce riflesse note come fotoni. Sfortunatamente, i neutrini non riflettono i fotoni e, anche se lo facessero, si muovono troppo velocemente per essere individuati in questo modo.
Un altro modo in cui i fisici rilevano le particelle è posizionando qualcosa, come un mattone, sul loro percorso, quindi cercando il lampo di energia risultante quando la particella lo colpisce.
Ma anche questo presenta dei problemi: come tecnica, è un po’ come cercare di capire cosa sia una pallina da tennis, senza averla mai vista, ascoltando una partita di Wimbledon: è possibile, ma non particolarmente facile.
Il problema è che i neutrini attraversano forme familiari di materia quasi come se non ci fosse.
Il nostro sole emette un gran numero di neutrini e miliardi ci attraversano ogni secondo, ma solo uno su un trilione si ferma o rallenta mentre passa attraverso il nostro corpo.
Negli anni ’50, Fred Reines e Clyde Cowan costruirono rilevatori di serbatoi d’acqua e li circondarono con telecamere molto sensibili in modo che quando quel neutrino su un trilione interagisse con l’acqua, potessero catturare il minuscolo lampo di luce che ha prodotto.
Alla fine hanno avuto successo. Nel 1956, l’esperimento Cowan-Reines ha rilevato diversi neutrini, confermando la speculazione di Pauli di oltre due decenni prima.
Ma il fatto che i neutrini siano così elusivi ha anche alcuni vantaggi.
Gli astronomi usano normalmente i telescopi per guardare la luce, ma questa luce può essere bloccata da nubi di polvere o da densi campi di radiazioni nello spazio tra le stelle.
I neutrini passano direttamente attraverso tutta questa interferenza cosmica, fornendoci preziose informazioni su ciò che potrebbe accadere dall’altra parte.
Supponiamo che la fornace nucleare al centro del sole si spegnesse: passerebbero decine di migliaia di anni prima che l’esterno del sole si raffreddi; e, a causa dell’interferenza, non noteremo che diventa più debole.
Ma i neutrini provenienti dal centro del sole si fermerebbero immediatamente e lo noteremmo in pochi minuti.
Per fortuna, non ci aspettiamo seriamente che il sole si spenga presto, ma alcune altre stelle (non come il nostro sole) si spengono in enormi esplosioni chiamate supernove. Guardare i neutrini dall’interno di quelle esplosioni può dirci molto su ciò che sta realmente accadendo.
Le stelle non sono gli unici oggetti astronomici a produrre neutrini. Ci sono enormi buchi neri nei nuclei delle galassie lontane.
I neutrini di quelle galassie dovrebbero viaggiare molto vicini alla velocità della luce, molto più veloci di quelli del sole o delle supernove.
Ci aspettiamo che siano molto rari, quindi dobbiamo aspettare molto più a lungo prima di vederne uno o costruire enormi rivelatori per catturarne di più. Fortunatamente, possiamo imbrogliare un po’.
Poiché questi neutrini viaggiano a una velocità incredibile, emettono potenti lampi quando colpiscono qualcosa. Quindi, invece di costruire il nostro rivelatore, osserviamo qualcosa di grande (come l’Antartide o la Luna) per una piccola esplosione di luce.
Inoltre, c’è la possibilità che i neutrini siano responsabili della forma dell’universo. Quando osserviamo altre galassie, possiamo vedere che sono state trascinate dalla gravità di alcuni grumi invisibili nello spazio, che chiamiamo materia oscura. Potrebbero essere grumi di neutrini?
Non lo sappiamo ancora, ma faremo del nostro meglio per scoprirlo.
Autore
Roger W. Clay, Justin Bray, Università di Adelaide
