Fisica delle particelle sulla Luna

Mentre la conoscenza che abbiamo dell’universo si amplia, gli esperimenti sulla fisica delle particelle sono diventati sempre più complessi. Per rivelare i segreti più intimi delle più piccole particelle subatomiche, i fisici devono portare i collettori e i rivelatori alla temperatura più bassa possibile, rimuovendo quanta più aria possibile e tenendoli fermi il più possibile per ottenere risultati affidabili e migliori.
Alcuni fisici si sono chiesti: cosa succederebbe se portassimo i nostri esperimenti di fisica delle particelle sulla Luna?
A sostenere la tesi che il nostro satellite potrebbe essere un posto interessante per condurre esperimenti di fisica ad alta energia, una proposta pubblicata nel database di prestampa arXiv all’inizio di quest’anno.
Sulla Luna fa freddo, senza atmosfera e senza acqua non esiste nulla che trasporti il calore della luce del Sole da un posto all’altro. Nelle notti lunari, con il Sole sotto l’orizzonte, la temperatura scende a meno 243°C, nell’intervallo delle tipiche configurazioni criogeniche sulla Terra. Di giorno, la temperatura aumenta, raggiungendo i 127° C.
Tuttavia come dimostra il ghiaccio presente nei crateri lunari, basta un po d’ombra per mantenere una temperatura molto bassa. Ancora una volta, senza aria o acqua, le aree esposte alla luce solare diretta sono gelide.
Ai fisici serve raggiungere temperature estremamente basse per alcuni motivi. Negli acceleratori di particelle le basse temperature assicurano che i magneti superconduttori, usati per confinare ed accelerare le particelle a velocità relativistiche non perdano la loro efficacia riscaldandosi. In secondo luogo, più è alta la temperatura di un rivelatore, maggiore è il rumore da eliminare nel tentativo di raccogliere i deboli segnali dalle particelle subatomiche.
Oltre alle basse temperature, il fatto che la luna non abbia atmosfera offre un grande vantaggio. I fisici devono estrarre tutta l’aria dai loro acceleratori e rivelatori per evitare che le particelle viaggiando quasi alla velocità della luce colpiscano una molecola di azoto errante. Ma la Luna ha un vuoto 10 volte migliore di qualsiasi vuoto i fisici abbiano prodotto nei loro esperimenti, un vuoto del tutto naturale senza impiegare altra energia per ottenerlo.
Infine, a causa del blocco delle maree, il nostro satellite impiega la stesso tempo per ruotare attorno al suo asse di quello che impiega per orbitare attorno alla Terra. In questo modo la Luna rivolge lo stesso emisfero verso la Terra. Ciò significa che un raggio di particelle lunare potrebbe essere indirizzato all’indietro verso un laboratorio di rilevamento sulla Terra, sfruttando la lunga distanza senza dover lavorare molto per allineare la configurazione.
Forse, l’uso più promettente di un esperimento di fisica lunare sarebbe realizzare una fonte di neutrini. I neutrini sono particelle leggerissime e prive di carica elettrica e questo consente loro di passare attraverso la materia interagendo pochissimo. In questo preciso istante centinaia di miliardi di neutrini stanno attraversando i nostri corpi e noi non ci accorgiamo di nulla.
I neutrini essendo cosi sfuggenti sono difficili da studiare e comprendere. Sono prodotti in grande quantità nelle reazioni nucleari, quindi tutto ciò che serve sarebbe una centrale nucleare sulla luna. I neutrini prodotti arriverebbero anche sulla Terra, dove potremo intercettarli con appositi rivelatori e studiarli. I neutrini possiedono una strabiliante proprietà, sono in grado di cambiare tipo (o “sapore” nel gergo fisico) mentre si spostano quasi alla velocità della luce.
Avendo una lunga distanza che separa la generazione e il rilevamento dei neutrini, daremmo a più neutrini la possibilità di “cambiare sapore” in modo tale da poter studiare meglio questo comportamento.
La Luna è una fonte di neutrini perfetta: è abbastanza lontana, ma sufficientemente vicina da permettere la loro cattura in quantità sufficienti per studiarli.
I neutrini non sono le uniche particelle che potrebbero arrivare sulla Terra dal nostro satellite. Neanche i nostri più potenti collettori di particelle possono avvicinarsi alle energie che la natura è in grado di generare, ogni secondo di ogni giorno, particelle ad alta energia entrano nella nostra atmosfera, colpendo alcune molecole e rilasciando una pioggia di altre particelle prima di colpire il terreno.
Questa pioggia di particelle genera i raggi cosmici che giungono sulla Terra da alcune delle fonti più energiche dell’universo.
Secondo i fisici si potrebbero generare dei raggi simili sulla Luna cosi da studiarli nei laboratori terrestri.
Una struttura basata sulla Luna potrebbe produrre particelle ad alta energia in grande quantità, spararle nella nostra atmosfera e consentire lo studio dei raggi cosmici da terra.
Ma sulla Luna non si potrebbero solo generare vari tipi di particelle, si potrebbero realizzare anche dei rilevatori. Un esperimento di fisica delle particelle, con sorgente, acceleratore e rivelatore su un sito lunare offrirebbe numerosi vantaggi rispetto ai sistemi basati sulla nostro pianeta. Si avrebbe un vuoto spinto naturale che è difficilmente realizzabile sulla Terra.
Esiste una grande sfida tecnica per arrivare a realizzare sofisticati esperimenti sulla Luna, ma, una volta superati tutti i problemi tecnologici, la fisica potrebbe compiere un grande balzo in avanti, un balzo da giganti come disse il primo uomo a calcare la grigia e polverosa superficie lunare dopo aver compiuto il suo primo incerto passo.
Fonte: Live Science