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Origine dei neutrini ad alta energia tracciata

SCIENZEFISICAOrigine dei neutrini ad alta energia tracciata

Le origini del neutrino ad alta energia sono state rintracciate per la prima volta, risolvendo un importante mistero astronomico

Per capire e saperne di più energia o materia, lo studio delle misteriose particelle subatomiche è molto cruciale. I fisici guardano le particelle subatomiche - neutrini – acquisire una maggiore comprensione dei diversi eventi e processi da cui hanno avuto origine. Conosciamo le stelle e in particolare il sole studiando i neutrini. C'è molto altro da imparare sull'universo e capire come funzionano i 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) quasi prive di massa, prive di carica elettrica e possono attraversare qualsiasi tipo di materia senza alcuna alterazione in sé stesse. I neutrini possono raggiungere questo obiettivo resistendo a condizioni estreme e ambienti densi come stelle, pianeti e galassie. Una caratteristica importante dei neutrini è che non interagiscono mai con la materia che li circonda e questo li rende molto difficili da analizzare. Inoltre, esistono in tre "sapori": elettrone, tau e muone e cambiano tra questi sapori quando oscillano. Questo è chiamato il fenomeno di "miscelazione" e questa è l'area di studio più strana quando si effettuano esperimenti sui neutrini. La caratteristica più forte dei neutrini è che trasportano informazioni uniche sulla loro esatta origine. Ciò è dovuto principalmente al fatto che i neutrini sono però altamente energetici, non possiedono carica quindi rimangono insensibili ai campi magnetici di qualsiasi potenza. L'origine dei neutrini non è completamente nota. La maggior parte di essi proviene dal sole, ma un piccolo numero, specialmente quelli ad alta energia, proviene da regioni più profonde dello spazio. Questo è il motivo per cui l'origine esatta di questi sfuggenti vagabondi era ancora sconosciuta e sono indicati come "particelle fantasma".

Origine del neutrino ad alta energia tracciata

In innovativi studi sui gemelli in astronomia pubblicati in Scienza, i ricercatori hanno tracciato per la prima volta l'origine di un neutrino spettrale di particelle subatomiche che è stato trovato nelle profondità del ghiaccio in Antartide dopo aver viaggiato per 3.7 miliardi di anni sul pianeta Terra1,2. Questo lavoro è realizzato da una collaborazione di oltre 300 scienziati e 49 istituzioni. I neutrini ad alta energia sono stati rilevati dal più grande rivelatore IceCube mai installato al Polo Sud dall'Osservatorio di neutrini IceCube in profondità negli strati di ghiaccio. Per raggiungere il loro obiettivo, sono stati praticati 86 fori nel ghiaccio, profondi un chilometro e mezzo ciascuno, 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 US National Science Foundation, è un gigantesco rivelatore composto da 86 cavi che vengono inseriti in pozzi che si estendono fino al ghiaccio profondo. I rivelatori registrano la speciale luce blu che viene emessa quando un neutrino interagisce con un nucleo atomico. Sono stati rilevati molti neutrini ad alta energia, ma non erano rintracciabili fino a quando non è stato rilevato con successo un neutrino con un'energia di 300 trilioni di elettronvolt sotto una calotta di ghiaccio. Questa energia è quasi 50 volte più grande dell'energia dei protoni che attraversano il Large Hardon Collider, il più potente acceleratore di particelle su questo pianeta. Una volta effettuata questa rilevazione, un sistema in tempo reale ha raccolto e compilato metodicamente i dati, per l'intero spettro elettromagnetico, dai 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. Ha un caratteristico buco nero supermassiccio e che ruota rapidamente al suo centro e la galassia si muove verso la Terra alla velocità della luce. Uno dei getti del blazer è di carattere sfolgorante e luminoso e punta direttamente alla terra dando il nome a questa galassia. La galassia blazer si trova a sinistra della costellazione di Orione e questa distanza è di circa 4 miliardi di anni luce dalla Terra. Sia i neutrini che i raggi gamma sono stati rilevati dall'osservatorio e anche da un totale di 20 telescopi sulla Terra e nello spazio. Questo primo studio1 ha mostrato la rilevazione dei neutrini e un secondo studio successivo2 ha mostrato che la galassia blazer aveva prodotto questi neutrini in precedenza anche nel 2014 e 2015. Il blazer è sicuramente una fonte di neutrini estremamente energetici e quindi anche di raggi cosmici.

Scoperta rivoluzionaria in astronomia

La scoperta di questi neutrini è un grande successo e può consentire lo studio e l'osservazione dell'universo in un modo senza pari. Gli scienziati affermano che questa scoperta potrebbe aiutarli a risalire, per la prima volta, alle origini dei misteriosi raggi cosmici. Questi raggi sono frammenti di atomi che scendono sulla Terra dall'esterno del sistema solare ardendo alla velocità della luce. Sono accusati di causare problemi ai satelliti, ai sistemi di comunicazione ecc. A differenza dei neutrini, i raggi cosmici sono particelle cariche, quindi i campi magnetici continuano a influenzare e modificare il loro percorso e questo rende impossibile risalire alle loro origini. I raggi cosmici sono stati oggetto di ricerca in astronomia per molto tempo e sebbene siano stati scoperti nel 1912, i raggi cosmici rimangono un grande mistero.

In futuro, un osservatorio di neutrini su scala più ampia che utilizzi un'infrastruttura simile a quella utilizzata in questo studio può ottenere risultati più rapidi e si possono effettuare più rilevamenti per svelare nuove fonti di neutrini. Questo studio effettuato registrando più osservazioni e prendendo conoscenza dei dati attraverso lo spettro elettromagnetico è cruciale per approfondire la nostra comprensione dell'universo e dei meccanismi della fisica che lo governano. È un'illustrazione eccellente dell'astronomia "multimessaggero" che utilizza almeno due diversi tipi di segnale per esaminare il cosmo, rendendolo più potente e preciso nel rendere possibili tali scoperte. Questo approccio ha aiutato a scoprire la collisione di stelle di neutroni e anche le onde gravitazionali nel recente passato. Ciascuno di questi messaggeri ci fornisce nuove conoscenze sull'universo e su potenti eventi nell'atmosfera. Inoltre, può aiutare a capire di più sugli eventi estremi accaduti milioni di anni fa che hanno spinto queste particelle a fare il loro viaggio verso la Terra.

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{Puoi leggere il documento di ricerca originale facendo clic sul collegamento DOI indicato di seguito nell'elenco delle fonti citate}

Fonte (s)

1.La collaborazione IceCube et al. 2018. Osservazioni multimessenger di un bagliore fiammeggiante coincidente con il neutrino ad alta energia IceCube-170922A. Scienza. 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. Scienza. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat2890

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