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SCIENZA 2014/ Neutrini, supernovae e altre eccellenze della fisica che parla italiano

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Neutrini  Neutrini

La prestigiosa rivista scientifica Physics Worlddell’Institute of Physics di Oxford (UK) ogni fine anno seleziona, mediante una commissione di scienziati nominata ad hoc, i dieci migliori risultati di fisica ottenuti nel mondo nell’anno appena trascorso. Le motivazioni della scelta vengono pubblicate nel numero di dicembre della rivista. La selezione è basata sui seguenti criteri: importanza fondamentale della ricerca; avanzamento significativo della conoscenza; connessione fra teoria ed esperimento; interesse generale della comunità dei fisici. 

Quest’anno la selezione (Top Ten Breakthrough of 2014) include quattro risultati che coinvolgono in qualche modo fisici o istituzioni italiane: la misura dell’energia solare attraverso i neutrini da parte dell’esperimento Borexino (messa in seconda posizione nell’elenco dei Top Ten), la Sonda Rosetta sbarcata su una cometa (nominata in prima posizione), la prima osservazione di un filamento cosmico, la simulazione in laboratorio dell’esplosione di una Supernova mediante un laser. 

Il risultato maggiormente targato italiano è quello ottenuto dall’esperimento Borexino, istallato nel laboratorio del Gran Sasso dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn), e nella cui ideazione e costruzione hanno avuto un ruolo fondamentale gruppi misti Università-Infn sia a Milano che a Genova. La motivazione di Physics Worldrecita: «Alla Collaborazione Borexino per essere stati i primi a rivelare i neutrini prodotti nella principale reazione nucleare che alimenta il Sole». Tale reazione, che riguarda la fusione di due nuclei di idrogeno, produce circa il 99% di tutta l’energia solare. Questa quindi è la prima misura dell’energia prodotta dal Sole non ottenuta attraverso i fotoni, ma per mezzo dei neutrini che vengono prodotti dalle stesse reazioni nucleari che fanno brillare il Sole. Perché tale misura è così importante?

I fotoni, come i neutrini, vengono prodotti nella regione centrale del Sole; nel loro cammino attraverso la materia solare essi subiscono continui scattering, assorbimenti da parte degli atomi della materia solare e riemissioni; pertanto impiegano circa centomila anni per giungere a noi. Invece i neutrini, che hanno bassissima probabilità di interagire con la materia, ci raggiungono in pochi minuti. Quindi la misura attraverso i neutrini è una misura in tempo reale e permette un confronto tra la situazione attuale e quella di centomila anni fa. Il confronto ci svela che la produzione di energia solare non è sostanzialmente cambiata negli ultimi centomila anni.

La misura di Borexino è stata possibile per l’estrema radio-purezza del suo rivelatore, condizione questa necessaria per riuscire a rivelare i neutrini solari, dato che essi hanno energia cinetica molto bassa, inferiore a quella delle radiazioni emesse per radioattività. Senza una soppressione quasi totale della radioattività naturale, i pochi eventi prodotti nel rivelatore dai neutrini sarebbero completamente mascherati da quelli prodotti dalla radioattività. Borexino ha raggiunto questa radio-purezza, mai ottenuta nella storia scientifica precedente, attraverso un sviluppo di tecnologie ad hoc, che l’hanno reso un rivelatore unico al mondo. 

Oltre ai neutrini solari Borexino è riuscito a rivelare e misurare i neutrini provenienti dall’interno della Terra, i cosiddetti geo-neutrini, ottenendo una piena evidenza della loro esistenza. La Collaborazione Borexino, che comprende, oltre a Istituti italiani, Università tedesche, francesi, russe e americane, è stata diretta sin dall’inizio per più di vent’anni dal sottoscritto, che tre anni fa ha passato la mano a suoi più giovani collaboratori.



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