I neutrini sono tra le particelle più misteriose mai scoperte. Spesso definiti “particelle fantasma”, interagiscono così raramente con la materia che ogni secondo trilioni di neutrini attraversano il nostro corpo senza lasciare alcuna traccia e vengono prodotti nelle reazioni nucleari più estreme, come quelle che avvengono nel cuore del Sole, ma proprio questa loro natura elusiva li rende incredibilmente difficili da studiare.
Ora, un team internazionale guidato da ricercatori dell’Università di Oxford è riuscito in un’impresa notevole: osservare direttamente neutrini solari che trasformano atomi di carbonio in azoto all’interno di un gigantesco rivelatore sotterraneo. Un risultato che apre nuove prospettive nello studio dei neutrini a bassa energia.
SNO+: un rivelatore nascosto a due chilometri sotto terra
La scoperta è stata ottenuta grazie a SNO+, un rivelatore situato a circa due chilometri di profondità presso lo SNOLAB di Sudbury, in Canada. Il laboratorio si trova all’interno di una miniera attiva: una scelta tutt’altro che casuale. La roccia sovrastante funge infatti da scudo naturale contro raggi cosmici e radiazioni di fondo, che altrimenti renderebbero impossibili misurazioni così delicate.
Solo pochissimi materiali, finora, si sono dimostrati sensibili ai neutrini solari. Con questo esperimento, il carbonio entra ufficialmente in questa ristrettissima lista.
Il raro “doppio segnale” del carbonio-13
Il team si è concentrato su un’interazione estremamente rara: un neutrino ad alta energia colpisce un nucleo di carbonio-13, trasformandolo in azoto-13, una variante radioattiva che decade dopo circa dieci minuti.
Per individuare con certezza questi eventi, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica chiamata “coincidenza ritardata”. In pratica, cercano due segnali luminosi collegati tra loro:
- un primo lampo causato dall’impatto del neutrino con il carbonio-13;
- un secondo lampo, diversi minuti dopo, prodotto dal decadimento dell’azoto-13.
Questa “firma a due tempi” permette di distinguere gli eventi reali dal rumore di fondo con un livello di affidabilità molto elevato.
I numeri dell’esperimento
Durante 231 giorni di osservazione, dal 4 maggio 2022 al 29 giugno 2023, SNO+ ha registrato 5,6 eventi compatibili con questo tipo di interazione. Il dato è perfettamente coerente con le previsioni teoriche, che stimavano circa 4,7 eventi dovuti ai neutrini solari nello stesso periodo.
Per un fenomeno così raro, questa corrispondenza rappresenta una conferma solida della validità del metodo.
Perché questa scoperta è così importante
I neutrini giocano un ruolo chiave in numerosi ambiti della fisica moderna:
dalla fusione nucleare nelle stelle, all’evoluzione dell’universo, fino alla fisica delle particelle oltre il Modello Standard.
Secondo i ricercatori, questa misura apre la strada a nuovi studi sulle interazioni dei neutrini a bassa energia, un campo ancora largamente inesplorato.
Gulliver Milton, dottorando al Dipartimento di Fisica dell’Università di Oxford e primo autore dello studio, ha dichiarato: “Catturare questa interazione è un risultato straordinario. Nonostante la rarità dell’isotopo di carbonio-13, siamo riusciti a osservare la sua interazione con neutrini nati nel nucleo del Sole e giunti fino al nostro rivelatore dopo un viaggio immenso.”
L’eredità di SNO e il Nobel del 2015
SNO+ raccoglie l’eredità dello storico esperimento SNO (Sudbury Neutrino Observatory), che dimostrò come i neutrini possano oscillare tra tre diverse “identità”: elettronica, muonica e tau. Quelle misure risolsero il celebre problema dei neutrini solari e portarono al Premio Nobel per la Fisica nel 2015.
Il professor Steven Biller, coautore dello studio, sottolinea quanto il campo sia avanzato: “È sorprendente pensare che oggi possiamo usare i neutrini solari come una sorta di ‘fascio di prova’ per studiare reazioni nucleari rarissime. È un livello di precisione impensabile solo pochi decenni fa.”
Il risultato più “freddo” mai osservato
Secondo la scienziata di SNOLAB Christine Kraus, questo studio rappresenta un primato: “Questi risultati costituiscono l’osservazione a più bassa energia mai realizzata di interazioni tra neutrini e nuclei di carbonio-13, oltre a fornire la prima misura diretta della sezione d’urto per questa specifica reazione.”
In altre parole, stiamo osservando uno dei processi più deboli e rari mai misurati sperimentalmente, sfruttando particelle che attraversano la Terra da miliardi di anni quasi inosservate.
