Marco Selvi è ricercatore dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, l’Ente di ricerca italiano che si occupa della ricerca in fisica fondamentale, fisica delle particelle, e da un po’ di decenni anche di fisica delle astro-particelle, quindi di tutte quelle particelle che non sono prodotte artificialmente dall’uomo ma che provengono dal cosmo.

A settembre è stato presentato l’esito di un esperimento in base al quale i neutrini viaggerebbero ad una velocità superiore a quella della luce. Possiamo intanto spiegare cosa sono i neutrini?
I neutrini sono una delle particelle che costituiscono la materia entro cui ci muoviamo; sono una particella molto elusiva, nel senso che è quella che ha la minor probabilità di interazione con la materia. È una particella strana perché è stata prima postulata, cioè ideata teoricamente, ed è stata scoperta solo successivamente. È stata postulata negli anni Trenta da un fisico tedesco, Pauli. Erano stati appena scoperti i decadimenti radioattivi dei primi materiali; tali decadimenti facevano una cosa che non dovevano fare, cioè violavano la conservazione dell’energia. Ci sono alcune leggi che i fisici utilizzano per descrivere quello che succede, ed una di queste è che l’energia si deve conservare. In questi fenomeni -il decadimento beta- l’energia, invece, non si conservava. Per non mandare a monte questa legge di conservazione, si ipotizzò allora che nel decadimento ci fosse un’ulteriore particella invisibile responsabile dell’energia che veniva meno. Questa ipotesi si è rivelata corretta, però ci sono voluti vent’anni.
Noi riveliamo le particelle perché perdono una parte di energia, rilasciano un po’ di calore, emettono delle piccole luci. Se queste particelle non interagiscono con la materia, non è possibile rivelarle e il neutrino lo fa molto debolmente. Infatti, tra tutte le forze della natura -la forza gravitazionale che ci tiene legati alla terra e che fa girare la terra attorno al sole, la forza elettromagnetica, l’interazione nucleare forte, che tiene insieme i nuclei, e l’iterazione nucleare debole- il neutrino subisce solo l’interazione debole. Questo è il motivo per cui è difficile intercettarlo.
Il neutrino venne scoperto negli anni Cinquanta presso un reattore nucleare. Un reattore nucleare è una sorgente di neutrini, quindi il flusso era abbondante e questo permise di rivelare la particella. Da allora i neutrini hanno assunto maggior importanza nella fisica, anche grazie alla costruzione di laboratori sotterranei.
Per studiare i neutrini serve infatti un luogo dove tutte le varie sorgenti di possibile rumore siano attenuate.
Sulla superficie terrestre noi siamo continuamente investiti da una pioggia di raggi cosmici, particelle cariche provenienti dalla galassia che, quando arrivano sulla terra interagiscono con i nuclei dell’aria e creano una cascata di particelle.
Se volessimo condurre un esperimento di rivelazione di neutrini in questo contesto, non riusciremmo a vederli perché saremmo sommersi da queste altre particelle. Sarebbe un po’ come cercare di vedere le stelle di giorno: le stelle ci sono ma sono occultate dalla luce del sole.
Per vedere i neutrini bisogna allora andare sotto terra. Attorno ai laboratori del Gran Sasso ci sono almeno mille metri di roccia che scherma buona parte della radiazione dei raggi cosmici. Tra parentesi: anche le rocce presentano una radioattività residua. Infatti poi all’interno dei laboratori ci sono ulteriori schermi di piombo e di altri materiali, anche d’acqua.
I laboratori sono lungo l’autostrada...
È così: tu vai in macchina poi ad un certo punto metti la freccia ed esci a destra! All’epoca si stava costruendo il tunnel autostradale del Gran Sasso, quindi i laboratori furono una piccola opera rispetto al progetto globale. C’è un tunnel di dieci chilometri, a metà del quale ci sono tre sale sperimentali lunghe cento metri. È una specie di "autogrill” dentro la montagna! I laboratori del Gran Sasso sono importanti perché questa schermatura della roccia permette di andare a studiare eventi rari, tra cui appunto i neutrini.
I neutrini sono molto abbondanti in natura e provengono da diverse fonti. Un emettitore molto abbondante di neutrini è il sole; la fusione dei protoni che formano il nucleo di elio libera energia; nella stessa interazione si liberano anche neutrini. Altre sorgenti naturali sono i raggi cosmici che, nella loro catena di interazioni e decadimenti, producono anche neutrini. Poi ci s ...[continua]

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