Come (e perché) abbiamo catturato
il neutrino venuto da lontanissimo

Ha coperto una distanza di 4,5 miliardi di anni luce indifferente a ogni massa e a ogni forza che ha incontrato sulla sua strada, prima di essere catturato dal rivelatore del IceCube Laboratory, laggiù in Antartide, il neutrino che si è guadagnato la copertina del settimanale Science, una delle riviste scientifiche più prestigiose al mondo, nel numero pubblicato oggi.
È davvero importante, la cattura di questo neutrino. Per ben tre motivi, che cercheremo di illustrare tra poco. Prima vediamo dove nasce, come è riuscito ad arrivare da così lontano fino a noi e come siamo riusciti a catturarla, questa elusiva particella.
Il neutrino è stato generato da un blazar, che nel gergo degli astrofisici significa una sorgente di radiazione ad altissima energia. In questo caso si tratta di una sorgente lontana appunto 4,5 miliardi di anni luce da noi, situata dunque in un’altra, remota galassia e costituita da un buco nero supermassivo, con una massa cioè maggiore di milioni e milioni di volte quella del nostro Sole. Quando la materia cade in un simile buco nero, prima di sparire per sempre (o quasi) lancia una sorta di grido disperato sotto forma di radiazione ad alta e anche di neutrini.
I neutrini sono particelle piccolissime, con una massa incredibilmente minuscola, elettricamente neutra, che viaggiano a velocità prossima a quella della luce e capaci di attraversare qualsiasi tipo di materia, indifferente a quasi tutte le forze della natura senza poter essere fermato.
In ogni istante ogni centimentro quadrato qui sulla Terra è attraversato da miliardi e miliardi di queste particelle. Ma catturarne una è difficile. Catturarne una specifica – nella fattispecie un neutrino ad alta energia – è al limite dell’impossibile. Al limite, appunto. Perché qualcosa si può fare. Per esempio, allestire un laboratorio con una grande di acqua ghiacciata e aspettare che uno di questi neutrini impatti un nucleo. I computer, sapientemente addestrati dagli astrofisici, possono verificarne il passaggio attraverso la specifica cascata di recoil (letteralmente, rincuolo) che genera. È quello che ha fatto l’IceCube Laboratory allestito nel 2010 in Antartide con la partecipazione anche di molti ricercatori italiani. D’altra parte nella fisica del neutrino, da Fermi e Pontecorvo in poi, gli italiani hanno una tradizionale e (non sempre) riconosciuta leadership.
Perché, dunque, è importante questa scoperta? Per tre motivi, dicevamo. La prima è costituita dalla cattura in sé. È un evento così improbabile che l’averlo realizzato dimostra di un progresso tecnologico e, anche, scientifico davvero importante. Paragonabile, in qualche modo, alla rilevazione delle onde gravitazionali. Ecco, negli ultimi due o tre anni abbiamo aperto due nuove finestre sull’universo – quello delle onde gravitazionali e dei neutrini ad alta energia – che ci consentiranno di guardare il cosmo con occhi aggiuntivi e da due prospettive diverse.
Immediatamente dopo la cattura del neutrino è scattata una rete di comunicazione integrata tra centri di ricerca astrofisica in tutto il mondo. Tutti hanno puntato il loro strumenti verso il punto dell’universo da dove proviene il neutrino, per studiare la radiazione ad alta energia proveniente da una catastrofe cosmica avvenuta 4,5 miliardi di anni fa. È un nuovo e importante esempio di multi-messenger astronomy, di astronomia multi messaggero: ovvero di studio integrato in contamporanea di eventi cosmici con diversi strumenti e in diverse dimensioni: neutrini, raggi gamma, raggi X, eccetera. Si tratta di una nuova frontiera.
Infine l’aspetto più importante. Il neutrino rilevato in Antartide consente di spiegare l’origine dei raggi cosmici, in particolare di protoni, ad alta energia. La ricerca dei raggi cosmici è antica, di quasi un secolo. Ha avuto uno dei suoi padri fondatori nell’italiano Bruno Rossi, un fisico di origine ebrea che proprio ottant’anni fa lasciò l’Università di Padova e se ne andò in America in seguito alle leggi razziali fasciste.
Sulla Terra giungono in ogni momento quantità enormi di raggi cosmici, la cui origine è spesso sconosciuta. In particolare i conti non tornano con i raggi cosmici ad alta energia. La rilevazione del neutrino in Antartide fornisce una forte indicazione. I raggi cosmici ad alta energia provengono (anche) da eventi catastrofici come la caduta di grandi masse di materia in buchi neri supermassivi.