L’esperimento Cuore, condotto nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, ha raggiunto un traguardo che spinge ancora più in là i confini della fisica moderna.
Grazie a un innovativo algoritmo anti-rumore, i ricercatori sono riusciti a ottenere i dati più puliti mai registrati sul neutrino di Majorana, una particella ipotetica identica alla sua antiparticella.
Il risultato, pubblicato su Science, mostra che il fenomeno associato a questa particella, il decadimento doppio beta senza emissione di neutrini, potrebbe verificarsi non più di una volta ogni 35 milioni di miliardi di miliardi di anni.
Un intervallo di tempo quasi inconcepibile, ma essenziale per capire perché l’universo è fatto di materia e non di antimateria.
Cuore, il rivelatore italiano che studia il neutrino di Majorana
Cuore, acronimo di Cryogenic Underground Observatory for Rare Events, è uno dei progetti più complessi mai realizzati nel campo della fisica delle particelle.
Si trova a 1.400 metri di profondità sotto la montagna del Gran Sasso, nei laboratori dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), dove il silenzio e la schermatura naturale riducono al minimo le interferenze esterne.
L’obiettivo è catturare segnali debolissimi prodotti da eventi rari, come il decadimento doppio beta senza neutrini, che secondo la teoria potrebbe dimostrare che il neutrino è la propria antiparticella.
Cosa significa scoprire il neutrino di Majorana per la fisica moderna
L’idea del neutrino di Majorana risale al 1937, quando il fisico italiano Ettore Majorana ipotizzò che alcune particelle potessero coincidere con la loro controparte di antimateria.
Da allora nessun esperimento è riuscito a dimostrarlo con certezza, ma Cuore si avvicina sempre di più.
“Osservare il decadimento doppio beta senza neutrini sarebbe una scoperta monumentale,” spiega Carlo Bucci, responsabile internazionale della collaborazione Cuore.
“Dimostrerebbe che i neutrini sono le proprie antiparticelle e ci aiuterebbe a capire perché l’universo si è evoluto nella forma che conosciamo oggi.”
L’algoritmo anti-rumore che pulisce i dati dai disturbi cosmici
Per distinguere segnali reali da disturbi ambientali, i ricercatori hanno sviluppato un sofisticato algoritmo di sottrazione del rumore.
Il software analizza continuamente i dati provenienti dal rivelatore e rimuove ogni interferenza indesiderata, migliorando la sensibilità complessiva.
“Abbiamo costruito questo apparato per rivelare particelle,” spiega Yury Kolomensky dell’Università di Berkeley, “ma si comporta anche come un incredibile sismometro, capace di percepire vibrazioni minime provenienti dal suolo.”
Questa tecnologia consente di filtrare il rumore di fondo con un’efficacia mai raggiunta prima, rendendo Cuore uno dei rivelatori più precisi al mondo.
Come funziona il rivelatore Cuore: piombo romano e cristalli a -273 gradi
L’esperimento utilizza 988 cristalli di diossido di tellurio, un materiale simile allo stagno, mantenuti a temperature prossime allo zero assoluto, intorno a -273 gradi Celsius.
A queste temperature, anche la minima variazione di energia può essere misurata con precisione.
Per garantire condizioni di isolamento quasi perfetto, l’apparato è schermato con lingotti di piombo romano recuperati da un relitto di epoca imperiale.
Questo materiale antico è ideale perché privo di contaminazioni radioattive moderne e riduce il rumore di fondo a livelli eccezionalmente bassi.
Cuore è operativo dal 2017 e continuerà la raccolta dei dati fino al 2026, mantenendo un sistema criogenico stabile per un periodo record. Nessun altro esperimento al mondo ha mai raggiunto una stabilità così lunga a temperature così estreme.
Dal neutrino alla materia oscura: le altre applicazioni dell’esperimento Cuore
Oltre a esplorare il neutrino di Majorana, Cuore sta aprendo nuove strade anche per altri settori della fisica.
“Le tecniche che abbiamo sviluppato per sottrarre il rumore possono essere utili anche per i rivelatori di materia oscura e onde gravitazionali,” spiega Chiara Brofferio dell’Università di Milano Bicocca e INFN.
Le stesse metodologie di filtraggio dei segnali, infatti, possono essere adattate a esperimenti che richiedono altissima sensibilità e precisione nella lettura dei dati.
In futuro, questi algoritmi potrebbero migliorare le prestazioni di rivelatori in tutto il mondo, trasformando Cuore in un modello tecnologico per la fisica sperimentale.
Verso la scoperta del decadimento doppio beta senza neutrini
Finora il decadimento doppio beta senza neutrini non è stato osservato in modo diretto, ma Cuore ha stabilito nuovi limiti sulla frequenza con cui può avvenire.
Secondo i dati, questo processo sarebbe talmente raro da verificarsi solo una volta ogni 35 milioni di miliardi di miliardi di anni.
Si tratta di un risultato che non chiude il mistero, ma lo delimita con una precisione senza precedenti.
Con il completamento della raccolta dei dati previsto per il 2026, gli scienziati sperano di ottenere prove decisive che possano confermare o escludere definitivamente l’esistenza del neutrino di Majorana.
Ogni nuovo dato raccolto rappresenta un passo verso una comprensione più profonda delle leggi che governano l’universo. E se il neutrino di Majorana esiste davvero, la sua scoperta cambierà per sempre la nostra idea di materia, energia e origine cosmica.
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