Parte del rivelatore di neutrini KM3NeT sul fondo del mare
Un neutrino incredibilmente potente che ha attraversato un nuovo rivelatore di particelle nel Mar Mediterraneo ha sorpreso i fisici e potrebbe essere un primo affascinante sguardo ad alcuni degli eventi più catastrofici dell’universo, come la fusione di buchi neri supermassicci.
I neutrini, a volte chiamati “particelle fantasma”, interagiscono appena con la maggior parte della materia perché sono quasi privi di massa e non hanno carica elettrica. Questo significa che i rivelatori di neutrini tipicamente incorporano grandi quantità di sostanza densa, come acqua o ghiaccio, nella speranza che un potente neutrino possa colpire un atomo e produrre una pioggia di particelle che rivelino segni evidenti della sua esistenza.
Damien Dornic al Centro di Fisica delle Particelle di Marsiglia in Francia e i suoi colleghi hanno fatto proprio questo, individuando il neutrino più energetico mai visto. Il team ha utilizzato il telescopio per neutrini di un chilometro cubo (KM3NeT), una coppia di array di rivelatori sul fondo del Mar Mediterraneo, che ha rilevato il neutrino il 13 febbraio 2023. Il rivelatore era completato solo al 10% in quel momento, quindi ha sorpreso Dornic e il suo team.
“Inizialmente eravamo confusi,” dice. “Quando ci siamo resi conto sempre di più che questo evento è davvero eccezionale, eravamo davvero entusiasti.”
Il segnale sembrava promettente, apparendo come una linea luminosa quasi orizzontale nel rivelatore. I ricercatori pensano che questo sia stato creato da piccole particelle simili agli elettroni chiamate muoni, che sono state prodotte a seguito del passaggio del neutrino attraverso il rivelatore e hanno emesso luce che i rivelatori di KM3NeT potevano captare.
Quando i ricercatori hanno annunciato per la prima volta il risultato nel 2024, stavano ancora calcolando l’energia esatta della particella. “Erano chiaramente sorpresi di aver visto qualcosa con questa energia così alta, quindi le loro simulazioni di neutrini non arrivavano ancora a energie così elevate, non si aspettavano di vedere qualcosa di così energetico,” dice Morgan Wascko all’Università di Oxford.
Per confermare il risultato, i ricercatori hanno dovuto prima tenere conto attentamente degli effetti di altre fonti che potrebbero illuminare i loro rivelatori, come i neutrini prodotti quando particelle cariche dallo spazio, chiamate raggi cosmici, colpiscono l’atmosfera terrestre. Si pensa che tali segnali superino in numero i neutrini ad alta energia provenienti da fonti cosmiche più distanti di un miliardo a uno.
Ora, hanno calcolato che il neutrino aveva un’energia di 120 peta-elettronvolt (PeV). Questo è circa 10 volte superiore al precedente detentore del record, scoperto dall’Osservatorio di Neutrini IceCube in Antartide. Questo intervallo di energia PeV è anche migliaia di volte superiore alle particelle più energetiche prodotte negli acceleratori sulla Terra, come il Large Hadron Collider al CERN.
Rilevare neutrini di così alta energia può darci intuizioni uniche sugli eventi che li producono, come i buchi neri che accrescono materia o le esplosioni di supernova, che a loro volta emettono raggi cosmici che producono neutrini mentre vengono creati. “I raggi cosmici sono carichi, e perdiamo la maggior parte della loro posizione di formazione originale mentre attraversano lo spazio interstellare, ma i neutrini punteranno direttamente indietro,” dice Wascko.
Dornic dice che in questo caso, seguire il neutrino indietro porta a una zona relativamente ampia dello spazio, rendendo difficile localizzare una fonte esatta, ma i miglioramenti pianificati al telescopio dovrebbero permettere di individuare un oggetto se un neutrino altrettanto potente venisse rilevato in futuro.