Scoperta in Antartide una misteriosa fonte di neutrini ad alta energia

L'osservatorio antartico Neutrino Observatory IceCube ha scoperto tracce di 26 neutrini ad altissima energia delle quali però, finora, non è stato possibile capire la fonte.

Gli scienziati dell'Università del Wisconsin a Madison hanno descritto i risultati del loro studio, che avvisano essere preliminare, nel corso di un convegno sulle particelle in astrofisica che si è tenuto il 15 maggio a Madison. 

La rivista Scientific American ha dedicato alla scoperta un ampio servizio. I ricercatori erano a caccia di due neutrini altamente energetici e hanno trovato tracce di questi altri 26 neutrini che hanno un'energia di poco inferiore, ma comunque superiore a quella posseduta dai neutrini che comunemente vengono creati dai raggi cosmici che colpiscono l'atmosfera.

"Per ora non siamo del tutto certi che provengano da una sorgente astrofisica", ha commentato Nathan Whitehorn, fra gli autori dello studio. In tutto, quindi, sono state individuate 28 particelle: le 26 in più, indicano dunque una sorgente di neutrini aggiuntiva di cui non era stato tenuto conto. [agi.it]

Questi neutrini, pur dotati di un'energia un poco inferiore rispetto alle due particelle da record, appaiono comunque vettori di un'energia superiore a quella che ci si può aspettare da neutrini che siano creati dai raggi cosmici che colpiscono l'atmosfera, una prodigiosa fonte di neutrini che piovono sulla Terra. Queste particelle possono quindi essere spia di processi astrofisici energetici finora sconosciuti in atto nelle profondità del cosmo.

"In questo momento il risultato è decisamente preliminare", avverte Nathan Whitehorn dell'Università del Wisconsin a Madison, che ha descritto i nuovi dati nel corso di un convegno sulle particelle in astrofisica tenutosi il 15 maggio a Madison. "Per ora non siamo del tutto certi che provengano da una sorgente astrofisica."

Ma è difficile spiegare il numero e l'energia delle particelle rilevate invocando processi noti all'interno del sistema solare. "Se questi fatti saranno confermati da ulteriori dati che non escludono una fonte astrofisica, allora saremo in grado di affrontare alcune questioni in modi prima del tutto inaccessibili", aggiunge Whitehorn.

I fisici di IceCube stanno lavorando per capire le origini dei raggi cosmici ad alta energia, le particelle cariche che arrivano sulla Terra dallo spazio, che possono portare lumi anche sulle origini della neutrini.

"In pratica tutto ciò che si può pensare che sia all'origine dei raggi cosmici produrrebbe al tempo stesso neutrini", dice Whitehorn. A differenza dei neutrini prodotti localmente dai raggi cosmici che colpiscono l'atmosfera, i neutrini astrofisici proverrebbero dalla stessa fonte dei raggi cosmici.

Il Neutrino Observatory IceCube è stato costruito per gettare una vasta rete in grado di ovviare alla ben nota “scivolosità” dei neutrini, le leggerissime particelle fondamentali che ben raramente interagiscono con gli atomi di materia.

IceCube è costituito da oltre 5000 sensori di luce, sepolti a una profondità che tocca i due chilometri, e immersi in una quantità di ghiaccio antartico sufficiente a riempire diverse centinaia di migliaia di piscine olimpiche.

In un volume così grande, uno degli innumerevoli neutrini che fluiscono costantemente attraverso lo spazio, i nostri corpi e perfino la più solida delle rocce, urta talvolta contro un atomo del ghiaccio, producendo un piccolo lampo di luce.

Le proprietà della luce emessa dall'urto di un neutrino nel rivelatore IceCube - come il modello di luce registrata dalla matrice di sensori (ha una certa struttura o no?) e la direzione di movimento della particella (si sposta dal cielo verso il basso, o verso l'alto dopo aver attraversato la Terra?) - possono rivelare quali dei tre sapori noti dei neutrini è coinvolto e da dove proviene.

Qui sta un vantaggio chiave dell'astronomia a neutrini: a differenza dei raggi cosmici carichi, le cui traiettorie si piegano e torcono attraverso il cosmo sotto l'influenza di campi magnetici, le particelle neutre come i neutrini indicano direttamente le loro sorgenti.

Dai processi in atmosfera noti i ricercatori si aspettavano di registrare nell'arco di due anni circa 10,6 particelle con energie nell'ordine delle decine o centinaia di teraelettronvolt (migliaia di miliardi di elettronvolt). Le 28 particelle rilevate, tra cui le due particelle a energia estremamente alta annunciate in aprile, indicano quindi una sorgente di neutrini aggiuntiva di cui non era stato tenuto conto.

Così, la ricercatrice di IceCube Naoko Kurahashi Neilson, ha tracciato le direzioni di arrivo delle particelle energetiche rilevate per cercare indizi sulle loro origini. "Quello che ho cercato di fare è capire se puntano verso qualcosa che potrebbe corrispondere a una sorgente di raggi cosmici", dice la ricercatrice.

Ma forse perché le particelle su cui lavorare erano relativamente poche, non è emerso alcun chiaro schema. "Rispetto a prima abbiamo un sacco di eventi, ma non sono ancora abbastanza, per cui è difficile pronunciarsi", aggiunge. "La mia conclusione è che al momento non vi siano fonti identificabili."

I ricercatori hanno sfruttato tecniche di screening per stanare particelle spurie e limitare il rumore di fondo da neutrini atmosferici, per esempio considerando le aree di bordo del rilevatore come una “zona rossa”.

Una particella carica, come un muone, proveniente dall'atmosfera potrebbe attivare i sensori alla periferia del rilevatore IceCube quando vi entra, mentre un neutrino vi penetrerebbe in modo “pulito” per innescare i sensori nelle profondità del ghiaccio. 

"Non vogliamo segnali importati da fuori, ma segnali generati nel rivelatore", dice il fisico di IceCube Claudio Kopper, dell'Università del Wisconsin a Madison. In ogni caso, per la dimostrazione che i neutrini abbiano effettivamente origine da processi cosmici ad alta energia ci vorrà del tempo. "La caccia è sempre alla loro fonte, che non abbiamo che ancora trovato", dice Kopper. "Sarebbe la pistola fumante". [lescienze.it].

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