Per la prima volta sono state individuate le origini dei neutrini ad alta energia , risolvendo un importante mistero astronomico.
Per comprendere e approfondire la conoscenza dell'energia e della materia, lo studio delle misteriose particelle subatomiche è di fondamentale importanza. I fisici studiano i neutrini per comprendere meglio i diversi eventi e processi da cui hanno avuto origine. Grazie allo studio dei neutrini conosciamo le stelle, e in particolare il Sole . C'è ancora molto da imparare sull'universo e comprendere il funzionamento dei neutrini è il passo più importante per qualsiasi scienziato interessato alla fisica e all'astronomia.
Cosa sono i neutrini?
I neutrini sono particelle vaporose (e molto volatili) con massa quasi nulla, prive di carica elettrica e in grado di attraversare qualsiasi tipo di materia senza subire alterazioni. I neutrini riescono in questo intento resistendo a condizioni estreme e ad ambienti densi come stelle, pianeti e galassie . Una caratteristica importante dei neutrini è che non interagiscono mai con la materia circostante, il che li rende molto difficili da analizzare. Inoltre, esistono in tre "sapori" – elettrone, tau e muone – e passano da un sapore all'altro durante le oscillazioni. Questo fenomeno, chiamato "mixing", rappresenta l'aspetto più enigmatico degli esperimenti sui neutrini. La caratteristica più importante dei neutrini è che contengono informazioni uniche sulla loro esatta origine. Questo è dovuto principalmente al fatto che, pur essendo altamente energetici, i neutrini non possiedono carica elettrica e quindi non risentono dei campi magnetici di qualsiasi intensità. L'origine dei neutrini non è ancora del tutto nota. La maggior parte proviene dal Sole, ma un piccolo numero, soprattutto quelli ad alta energia, proviene dalle regioni più profonde dello spazio . Questo è il motivo per cui l'origine esatta di questi sfuggenti vagabondi era ancora sconosciuta e venivano definiti "particelle fantasma".
Origine del neutrino ad alta energia tracciata
In due studi gemelli rivoluzionari pubblicati su Science , i ricercatori hanno per la prima volta tracciato l'origine di un neutrino, una particella subatomica spettrale, trovata in profondità nel ghiaccio dell'Antartide dopo aver viaggiato per 3.7 miliardi di anni fino al pianeta Terra 1,2 . Questo lavoro è stato realizzato grazie alla collaborazione di oltre 300 scienziati e 49 istituzioni. I neutrini ad alta energia sono stati rilevati dal più grande rivelatore mai installato, IceCube, al Polo Sud dall'Osservatorio di Neutrini IceCube, penetrando in profondità negli strati di ghiaccio. Per raggiungere il loro obiettivo, sono stati praticati 86 fori nel ghiaccio, ciascuno profondo un miglio e mezzo, e distribuiti su una rete di oltre 5000 sensori di luce, coprendo così un'area totale di 1 chilometro cubo. Il rivelatore IceCube, gestito dalla National Science Foundation statunitense, è un gigantesco rivelatore composto da 86 cavi inseriti in fori che si estendono fino al ghiaccio profondo. I rivelatori registrano la speciale luce blu emessa quando un neutrino interagisce con un nucleo atomico. Sono stati rilevati molti neutrini ad alta energia, ma la loro provenienza è rimasta indeterminata fino a quando non è stato individuato con successo un neutrino con un'energia di 300 trilioni di elettronvolt sotto una calotta glaciale. Questa energia è quasi 50 volte superiore all'energia dei protoni che attraversano il Large Hadron Collider, il più potente acceleratore di particelle del nostro pianeta . Una volta effettuata questa rilevazione, un sistema in tempo reale ha raccolto e compilato metodicamente i dati, relativi all'intero spettro elettromagnetico, provenienti da laboratori sulla Terra e nello spazio , sull'origine di questo neutrino.
Il neutrino è stato ricondotto con successo a una galassia luminosa nota come "Blazer". Blazer è una gigantesca galassia ellittica attiva con due getti che emettono neutrini e raggi gamma. Al suo centro si trova un caratteristico buco nero supermassiccio in rapida rotazione e la galassia si muove verso la Terra a una velocità prossima a quella della luce. Uno dei getti di Blazer è di una luminosità eccezionale e punta direttamente verso la Terra, da cui il nome della galassia . La galassia Blazer si trova a sinistra della costellazione di Orione, a una distanza di circa 4 miliardi di anni luce dalla Terra. Sia i neutrini che i raggi gamma sono stati rilevati dall'osservatorio e da un totale di 20 telescopi, sia terrestri che spaziali . Questo primo studio¹ ha mostrato il rilevamento dei neutrini, e un secondo studio successivo² ha dimostrato che la galassia Blazer aveva già prodotto questi neutrini anche in precedenza, nel 2014 e nel 2015. Blazer è sicuramente una sorgente di neutrini estremamente energetici e, di conseguenza, anche di raggi cosmici.
Scoperta rivoluzionaria in astronomia
La scoperta dei neutrini rappresenta un grande successo e potrebbe consentire lo studio e l'osservazione dell'universo in un modo senza precedenti. Gli scienziati affermano che questa scoperta potrebbe aiutarli a risalire, per la prima volta, all'origine dei misteriosi raggi cosmici. Questi raggi sono frammenti di atomi che giungono sulla Terra dall'esterno del sistema solare viaggiando alla velocità della luce. Sono ritenuti responsabili di problemi ai satelliti, ai sistemi di comunicazione, ecc. A differenza dei neutrini, i raggi cosmici sono particelle cariche, quindi i campi magnetici ne influenzano e ne modificano continuamente la traiettoria, rendendo impossibile risalire alla loro origine. I raggi cosmici sono oggetto di ricerca in astronomia da molto tempo e, sebbene siano stati scoperti nel 1912, rimangono un grande mistero.
In futuro, un osservatorio di neutrini su scala più ampia, che utilizzi infrastrutture simili a quelle impiegate in questo studio, potrà ottenere risultati più rapidi e consentire un maggior numero di rilevamenti, svelando così nuove sorgenti di neutrini. Questo studio, condotto registrando molteplici osservazioni e prendendo in considerazione i dati nell'intero spettro elettromagnetico, è fondamentale per approfondire la nostra comprensione dell'universo e dei meccanismi fisici che lo governano. Rappresenta un esempio lampante di astronomia "multimessaggera", che utilizza almeno due diversi tipi di segnale per esaminare il cosmo, rendendola più potente e precisa nel rendere possibili tali scoperte. Questo approccio ha contribuito alla scoperta, in tempi recenti, delle collisioni tra stelle di neutroni e delle onde gravitazionali . Ciascuno di questi messaggeri ci fornisce nuove conoscenze sull'universo e sui potenti eventi che avvengono nell'atmosfera. Inoltre, può aiutarci a comprendere meglio gli eventi estremi accaduti milioni di anni fa che hanno spinto queste particelle a raggiungere la Terra.
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Fonte (s)
1. La collaborazione IceCube et al. 2018. Osservazioni multimessaggero di un blazar in fase di brillamento coincidente con il neutrino ad alta energia IceCube-170922A. Science . 361(6398). https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2. La collaborazione IceCube et al. 2018. Emissione di neutrini dalla direzione del blazar TXS 0506+056 prima dell'allerta IceCube-170922A. Science . 361(6398). https://doi.org/10.1126/science.aat2890
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