Il neutrino è una delle particelle più sfuggenti dell'universo, seconda solo alla super misteriosa materia oscura. Partecipano all'interazione nucleare debole e sono responsabili della fusione nucleare e del decadimento. Ogni volta che accade qualcosa di nucleare, ci sono i neutrini. Ad esempio, il nucleo del Sole è una gigantesca reazione di fusione nucleare, quindi ovviamente produce molti neutrini. Gli scienziati affermano che se si potesse alzare il pollice verso il Sole, circa 60 miliardi di neutrini passerebbero attraverso l'unghia del pollice ogni secondo. Ma i neutrini interagiscono così raramente con la materia che, anche se trilioni e trilioni di essi passano attraverso il tuo corpo ogni secondo, nel corso della tua vita il numero totale di neutrini che effettivamente colpiranno il tuo corpo non è più di uno.
I neutrini sono così spettrali che per decenni i fisici hanno ipotizzato che queste particelle non avessero alcuna massa e viaggiassero attraverso l'universo alla velocità della luce. Recenti studi hanno dimostrato che i neutrini sono pochi, ma sono importanti. L'esatta quantità di massa è oggetto di ricerca scientifica attiva. Esistono tre tipi di neutrini: il neutrino elettronico, il neutrino muonico e il neutrino tau. Ognuno è coinvolto in diversi tipi di reazioni nucleari e, sfortunatamente, tutti e tre i tipi di neutrini hanno la straordinaria capacità di cambiare identità mentre viaggiano.
La massa dei neutrini non ha alcuna spiegazione nel Modello standard della fisica delle particelle, la nostra attuale e migliore teoria delle interazioni fondamentali. Quindi i fisici vorrebbero fare due cose: misurare le masse dei tre tipi di neutrini e capire da dove provengono queste masse. Ciò significa che devono condurre molti esperimenti.
L'esperimento Kamiokande in Giappone, ad esempio, ha permesso di rilevare i neutrini emessi dalla supernova 1987A. Per questo avevano bisogno di un serbatoio con più di 50 tonnellate d'acqua. L'osservatorio dei neutrini IceCube in Antartide ha deciso di alzare il livello. Questo osservatorio è costituito da un solido chilometro cubo di ghiaccio al Polo Sud, con dozzine di stringhe di ricevitori delle dimensioni della Torre Eiffel immerse nel ghiaccio per un chilometro. Dopo dieci anni di attività, IceCube ha rilevato alcuni dei neutrini più energetici della storia e ha mosso i primi passi verso la ricerca della loro origine.
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Perché sia Kamiokande che IceCube usano così tanta acqua? Gli scienziati dicono che un grosso pezzo di quasi tutto può essere un rivelatore di neutrini, ma l'acqua pura è l'ideale. Quando uno dei trilioni di neutrini che passano collide con una molecola d'acqua casuale, emette un breve lampo di luce. Gli osservatori contengono centinaia di fotorecettori e la purezza dell'acqua consente a questi rivelatori di determinare la direzione, l'angolo e l'intensità del lampo in modo molto preciso (se l'acqua avesse impurità, sarebbe difficile ricostruire da dove è venuto il lampo all'interno del volume).
Questi studi sono adatti per la ricerca di neutrini ordinari, "quotidiani". Ma i neutrini più energetici sono estremamente rari e sono i più affascinanti e interessanti perché possono essere causati solo dai più grandi eventi giganti dell'universo.
Purtroppo tutta la potenza di IceCube, dopo un decennio di osservazione, è riuscita a catturare solo una manciata di questi superpotenti neutrini. Il team dell'iniziativa Pacific Ocean Neutrino Experiment (P-ONE) ha proposto di trasformare un pezzo isolato ma vasto dell'Oceano Pacifico in un rivelatore di neutrini. Si presume che lunghe stringhe di fotorilevatori lunghe un chilometro verranno calate sul fondo dell'oceano, con galleggianti attaccati ad esse, in modo che i rivelatori stiano verticalmente nell'acqua, come gigantesche alghe meccaniche.
Attualmente, il progetto P-ONE comprende sette cluster da 10 stringhe, ciascuno contenente 20 elementi ottici. Si tratta di un totale di 1400 fotorivelatori che galleggiano nell'Oceano Pacifico a una distanza di diversi chilometri. Quando i neutrini colpiscono l'acqua dell'oceano e fanno un piccolo lampo, i rivelatori saranno in grado di seguirlo.
Ma l'Oceano Pacifico è tutt'altro che pulito, con sale, plancton e tutti i tipi di scarti di pesce che galleggiano in giro. Ciò cambierà il comportamento della luce tra i filamenti, rendendo difficile la misurazione accurata. Pertanto, gli scienziati hanno notato che l'esperimento richiederà una calibrazione costante per regolare tutte le variabili e tracciare in modo affidabile i neutrini. Tuttavia, il team di P-ONE ci sta lavorando e sta già pianificando di creare una demo a due stream più piccola come prova del concetto.
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