Un evento straordinario ha avuto luogo in un laboratorio sotterraneo in Ontario, Canada, dove un serbatoio di acqua purissima ha rilevato per la prima volta antineutrini provenienti da un reattore nucleare distante. Questa scoperta segna un passo avanti significativo nella fisica delle particelle e apre nuove possibilità per la ricerca sui neutrini.
Antineutrini catturati in un serbatoio d’acqua profondo in Canada
I neutrini, tra le particelle più abbondanti nell’Universo, sono noti come “particelle fantasma” a causa della loro natura elusiva. Quasi privi di massa e privi di carica, interagiscono debolmente con la materia, attraversando la roccia e lo spazio come se nulla li ostacolasse.
L’esperimento canadese ha utilizzato un serbatoio d’acqua rivestito di tubi fotomoltiplicatori per rilevare gli antineutrini elettronici, particelle emesse durante il decadimento beta nucleare. Quando gli antineutrini interagiscono con i protoni, producono un positrone e un neutrone, una reazione nota come decadimento beta inverso.
I tubi fotomoltiplicatori sono progettati per catturare il debole bagliore della radiazione Cherenkov, emessa da particelle cariche che si muovono più velocemente della luce nell’acqua. Questo bagliore, simile al boom sonico, ha rivelato l’interazione degli antineutrini con le molecole d’acqua nel serbatoio. La rilevazione di antineutrini a bassa energia, come quelli prodotti dai reattori nucleari, è una sfida complessa. Tuttavia, l’uso dell’acqua come mezzo di rilevazione offre vantaggi significativi: è economica, facilmente reperibile e sicura.
Questa scoperta apre la strada a futuri esperimenti sui neutrini e allo sviluppo di tecnologie di monitoraggio innovative. La capacità di rilevare antineutrini con l’acqua potrebbe avere applicazioni nel monitoraggio dei reattori nucleari e nella ricerca di nuove sorgenti di neutrini. L’esperimento canadese rappresenta un passo avanti cruciale nella fisica delle particelle, dimostrando il potenziale dell’acqua come mezzo di rilevazione per neutrini e antineutrini. Questa scoperta potrebbe portare a nuove scoperte sulla natura dei neutrini e sul loro ruolo nell’Universo.
SNO+: dalla calibrazione alla rivelazione di antineutrini
Nascosto a oltre due chilometri di profondità sotto la superficie terrestre, il laboratorio SNO+ in Canada rappresenta un avamposto cruciale nella ricerca sui neutrini, le particelle più elusive dell’Universo. La sua posizione sotterranea, che lo rende il laboratorio più profondo del mondo, lo protegge dalle interferenze dei raggi cosmici, consentendo agli scienziati di rilevare segnali estremamente deboli con una precisione senza precedenti.
Il cuore del laboratorio è un serbatoio sferico da 780 tonnellate, riempito con alchilbenzene lineare, uno scintillatore liquido che amplifica la luce. Tuttavia, nel 2018, durante la fase di calibrazione, il serbatoio è stato riempito con acqua ultrapura, offrendo un’opportunità unica per studiare le interazioni dei neutrini con l’acqua.
Analizzando i dati raccolti durante 190 giorni di calibrazione, la collaborazione SNO+ ha individuato segnali compatibili con il decadimento beta inverso, una reazione che coinvolge antineutrini elettronici. Il neutrone prodotto in questo processo viene catturato dai nuclei di idrogeno nell’acqua, emettendo un debole bagliore di luce a un’energia specifica di 2,2 megaelettronvolt.
I rivelatori Cherenkov ad acqua hanno generalmente difficoltà a rilevare segnali inferiori a 3 megaelettronvolt, ma SNO+, anche quando riempito d’acqua, è stato in grado di rilevare segnali fino a 1,4 megaelettronvolt. Questa sensibilità ha permesso di raggiungere un’efficienza di circa il 50% nella rilevazione di segnali a 2,2 megaelettronvolt, spingendo il team a cercare segni di decadimento beta inverso.
L’analisi di un segnale candidato ha confermato che era probabilmente prodotto dagli antineutrini, con un livello di confidenza di 3 sigma, equivalente a una probabilità del 99,7%. Questo risultato suggerisce che i rivelatori ad acqua potrebbero essere utilizzati per monitorare la produzione di energia nei reattori nucleari.
Oltre alla rivelazione di antineutrini, SNO+ è impegnato nella ricerca di risposte a domande fondamentali sui neutrini, come la loro natura e la loro possibile identità con gli antineutrini. Il laboratorio è attualmente alla ricerca di un raro decadimento che potrebbe fornire indizi cruciali su questa questione.
“Ci affascina il fatto che l’acqua pura possa essere utilizzata per misurare gli antineutrini provenienti dai reattori e a distanze così grandi“, ha dichiarato il fisico Logan Lebanowski della collaborazione SNO+ e dell’Università della California, Berkeley: “Abbiamo dedicato notevoli sforzi per estrarre una manciata di segnali da 190 giorni di dati. Il risultato è gratificante”.
Conclusioni
SNO+ continua a raccogliere dati e ad affinare le sue tecniche di rilevazione, aprendo la strada a nuove scoperte sui neutrini e sul loro ruolo nell’Universo. La sua capacità di rilevare antineutrini a bassa energia con l’acqua rappresenta un passo avanti significativo nella fisica delle particelle, dimostrando il potenziale di questa tecnologia per il monitoraggio dei reattori nucleari e per la ricerca di nuove sorgenti di neutrini.
La ricerca è stata pubblicata su Physical Review Letters.
