IceCube osserva un antineutrino “extraterrestre” ad alta energia

Il rilevamento dell'antineutrino ad alta energia conferma ancora una volta il modello standard della fisica delle particelle, dimostrando la capacità dell'apparato di individuare particelle come i neutrini che hanno una massa quasi nulla e interagiscono molto raramente con la materia

996

Il passaggio di un antineutrino ad alta energia è stato registrato dal rilevatore di neutrini Icecube installato tra i ghiacci del polo sud.

L’antineutrino ad alta energia ha prodotto un evento chiamato “risonanza di Glasgow“, un raro fenomeno previsto nel 1960 dal fisico e premio Nobel Sheldon Glashow.


L’evento di Glasgow si manifesta quando un antineutrino elettronico e un elettrone interagiscono producendo un bosone W.

L’evento risale al 6 dicembre 2016, quando un antineutrino elettronico è precipitato sul nostro pianeta dallo spazio a una velocità prossima a quella della luce. L’antineutrino ad alta energia trasportava un’energia pari a 6,3 petaelettronvolt (PeV).

La particella ad alta energia è penetrata nella calotta ghiacciata del polo sud scontrandosi con un elettrone. L’interazione tra le due particelle ha prodotto una pioggia di particelle secondarie.

L’evento è stato registrato dall’IceCube Neutrino Observatory, un enorme rilevatore di neutrini sepolto nei ghiacci del polo sud.

L’ IceCube Neutrino Observatory è un “telescopio per neutrini” installato in Antartide. Icecube è composto da migliaia di sensori sepolti sotto il ghiaccio, distribuiti su un chilometro cubo.

Il gigantesco apparato utilizza sensori ottici sferici collegati a un computer che invia i dati digitali a un centro di raccolta situato sopra l’array.

Il rilevamento dell’antineutrino ad alta energia conferma ancora una volta il modello standard della fisica delle particelle, dimostrando la capacità dell’apparato di individuare particelle come i neutrini che hanno una massa quasi nulla e interagiscono molto raramente con la materia.

Il risultato dello studio è stato pubblicato su Nature.

Il processo di interazione è stato proposto da Sheldon Glasgow nel 1960 in un documento che prediceva che l’interazione tra un antineutrino e un elettrone avrebbe prodotto una particella, all’epoca ancora sconosciuta, se l’antineutrino avesse trasportato la giusta quantità di energia.

Il processo ha preso il nome di risonanza di Glasgow.

La particella predetta da Glasgow è stata scoperta nel 1983 ed è stata chiamata bosone W –. Tuttavia la particella si è rivelata molto più massiccia di quanto Glasgow aveva predetto.

Per ottenerla servirebbe un antineutrino con un’energia di 6,3 PEV, quasi 1.000 volte l’energia che il Large Hadron Collider del CERN è in grado di produrre.

Non esistono sulla Terra acceleratori di particelle in grado di produrre un antineutrino ad alta energia di quel tipo e forse non esisteranno mai. Ma nello spazio esistono acceleratori di particelle “naturali” che potrebbero fornire le enormi energie richieste.

I buchi neri supermassicci che risiedono nel centro di molte galassie o altri oggetti cosmici potrebbero produrre particelle ad alta energia impossibili da produrre con le tecnologie a nostra disposizione.

Oggetti astrofisici del genere potrebbe aver prodotto l’antineutrino ad alta energia da 6,3 PeV che ha raggiunto il rilevatore IceCube nel 2016.

Glashow non avrebbe mai potuto immaginare che la sua teoria per la produzione di bosoni W – si sarebbe avverata grazie a un antineutrino proveniente da una galassia lontana.

Antineutrino ad alta energia, Icecube al lavoro

IceCube ha iniziato le osservazioni nel 2011, e da allora ha rilevato centinaia di neutrini ad alta energia provenienti da fonti astrofisiche.

Il rilevatore ha prodotto una serie di risultati significativi nell’astrofisica delle particelle, tra cui la scoperta di un flusso di neutrini nel 2013 e la prima identificazione di una fonte di neutrini astrofisici nel 2018.

L’evento di risonanza di Glashow è particolarmente interessante a causa della sua energia notevolmente elevata; IceCube infatti ha registrato solo tre eventi con un’energia superiore a 5 PeV.

Il risultato mostra l’importanza dell’astronomia dei neutrini e le capacita del dispositivo Icecube. Grazie a telescopi del genere si possono rilevare eventi di inconfondibile origine extraterrestre.

L’osservazione è un modo nuovo di fare astronomia, perché rispetto al passato è in grado di distinguere un neutrino da un antineutrino ad alta energia provenienti da fonti astrofisiche.

Ci sono diverse proprietà delle sorgenti dei neutrini astrofisici impossibili da misurare, come la dimensione fisica dell’acceleratore naturale e la forza del campo magnetico.

Grazie alla capacità di determinare il rapporto neutrino-antineutrino, è possibile indagare anche queste proprietà.

Per confermare il rilevamento e fare una misura decisiva del rapporto neutrino-antineutrino, la IceCube Collaboration vuole osservare altre risonanze di Glashow.

L’espansione del rilevatore IceCube, permetterebbe agli scienziati di effettuare le misurazioni in modo statisticamente significativo.

La collaborazione ha recentemente annunciato un aggiornamento del rilevatore che sarà ampliato nei prossimi anni.

Glashow, professore emerito di fisica alla Boston University, sostiene che è necessario effettuare altre osservazioni dell’antineutrino ad alta energia.

“Per essere assolutamente sicuri, dovremmo vedere un altro evento simile con la stessa energia di quello che è stato osservato”, dice Glasgow. “Finora ne abbiamo osservato solo uno, ma un giorno ne osserveremo molti di più.”

IceCube è gestito da oltre 400 scienziati, ingegneri e personale di 53 istituzioni in 12 paesi, che insieme formano la IceCube Collaboration.