ICE-CUBE NE MISURA LA SEZIONE D’URTO

Il neutrino che venne dal freddo

Il rivelatore antartico di neutrini IceCube ha misurato per la prima volta la probabilità che i neutrini vengano assorbiti dalla Terra in funzione della loro energia e della quantità di materia attraversata. La misura è in accordo con il Modello Standard e apre, inoltre, la possibilità di analizzare l’interno del globo terrestre mediante queste sfuggenti particelle

Anche se trapassano facilmente la materia, un po’ di neutrini ad alta energia non raggiungono il rivelatore IceCube se devono passare per il centro della Terra. Crediti: Collaborazione IceCube

I ricercatori della Collaborazione internazionale IceCube, che gestisce l’omonimo rivelatore di neutrini incastonato nel giaccio antartico, ha studiato il flusso di neutrini muonici in funzione dell’energia posseduta e della direzione di provenienza.

I risultati della ricerca, ora pubblicati sulla rivista Nature, mostrano che i neutrini con maggiore probabilità di interagire con la materia mentre attraversano la Terra sono quelli di maggiore energia e provenienti da una direzione vicina al Polo Nord (rispetto ad IceCube che si trova al Polo Sud), come previsto dal Modello Standard.

I neutrini sono tra le particelle più abbondanti nell’universo. Con massa quasi nulla e senza alcuna carica elettrica, interagiscono raramente con la materia: ogni secondo, decine di migliaia di miliardi di neutrini passano indisturbati attraverso il nostro corpo. Di tanto in tanto in tanto, tuttavia, succede che un neutrino interagisca con un protone o un neutrone e vengono assorbito. La probabilità che questo accada, dice la teoria, aumenta al crescere dell’energia posseduta dal neutrino.

Il laboratorio di IceCube con la stazione al Polo Sud sullo sfondo, marzo 2017. Crediti: Martin Wolf, IceCube/Nsf

Il nuovo studio ha determinato la cosiddetta sezione d’urto (cross-section) per neutrini con energie comprese tra 6.3 TeV e 980 TeV (TeV=teraelettronvolt), energie estremamente più alte di quelle possedute dai neutrini prodotti negli acceleratori di particelle terrestri, che arrivano al massimo a qualche decimo di TeV.

I neutrini vengono generati in una varietà di fenomeni fisici, che vanno dalle reazioni termonucleari nel Sole alle esplosioni di supernova. Il nuovo studio ha esaminato principalmente neutrini creati quando i raggi cosmici ad alta energia interagiscono con i nuclei di azoto o ossigeno nell’atmosfera terrestre, producendo una cascata di particelle subatomiche, che può a sua volta generare neutrini.

IceCube – un reticolo di oltre 5mila rivelatori delle dimensioni di un pallone, incorporati in un chilometro cubo di ghiaccio cristallino un chilometro e mezzo sotto il Polo Sud geografico – non vede i neutrini direttamente, ma rileva e registra il bagliore fugace della radiazione Cherenkov, una striscia di luce blu che si produce quando un neutrino si schianta contro un’altra particella.

Nel nuovo studio i ricercatori hanno misurato il flusso di neutrini muonici in funzione di energia e direzione di provenienza. Crediti: Collaborazione IceCube

Analizzando un anno di dati raccolti da IceCube tra maggio 2010 e maggio 2011, i ricercatori hanno passato al setaccio 10800 interazioni di neutrini, trovando che un minor numero di neutrini più energetici provenivano dall’emisfero nord, direzione da cui avrebbero dovuto trapassare l’intera massa terrestre prima di raggiungere il rilevatore.

La nuova misura di IceCube è conforme al Modello Standard della fisica delle particelle, la teoria più accreditata per spiegare le forze fondamentali al lavoro nell’universo, così come le proprietà e i comportamenti del bouquet di particelle, tra cui i neutrini, che costituisce tutta la materia.

Secondo gli autori dello studio, i risultati ottenuti suggeriscono anche che il rilevatore IceCube potrebbe estendere la sua portata scientifica oltre l’astrofisica. Con un campione più grande di rilevamenti, i geofisici possono essere infatti in grado di utilizzare i neutrini per ottenere una sorta di immagine dell’interno della Terra e studiare la composizione del nucleo.

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