Gli scienziati lavorano con l’osservatorio IceCube, situato nelle profondità del ghiaccio dell’Antartide, hanno recentemente individuato sette enigmatiche “particelle fantasma” mentre attraversavano il nostro pianeta.
Questi segnali indicano che potrebbero trattarsi di neutrini tau di origine astrofisica, fungendo da cruciali messaggeri tra noi e gli eventi celesti più energetici e potenti.
Particelle fantasma: cosa sono i neutrini
I neutrini sono particelle prive di carica e quasi prive di massa che viaggiano attraverso lo spazio a velocità vicine a quella della luce. In modo sorprendente, a causa di queste caratteristiche, i neutrini interagiscono appena con la materia. Di fatto, circa 100 trilioni di neutrini attraversano il nostro corpo ogni secondo, senza lasciare alcuna traccia.
Se immaginassimo di essere rilevatori di neutrini delle dimensioni umane, dovremmo aspettare circa 100 anni perché un neutrino interagisca con una particella nel nostro corpo. Questo fatto spiega perché i neutrini sono spesso definiti “particelle fantasma”.
I neutrini ad alta energia provenienti da sorgenti cosmiche ai margini della Via Lattea sono conosciuti come “neutrini astrofisici” e si presentano in tre varianti, o generazioni: neutrini elettronici, neutrini muonici e neutrini tau. Queste particelle fantasma sono incredibilmente elusive, come ci si potrebbe aspettare, ma catturarle è la missione principale dell’osservatorio IceCube.
Nel 2013, IceCube ha segnato il suo debutto con la prima rilevazione di neutrini astrofisici e ora sembra aver individuato in particolare i neutrini tau astrofisici, che potrebbero rappresentare una categoria del tutto nuova di messaggeri cosmici.
Il lavoro di IceCube
Doug Cowen, co-autore dello studio, leader e docente di Fisica alla Penn State University, ha affermato in una nota: “La scoperta dei neutrini tau astrofisici fornisce anche una forte conferma della precedente scoperta di IceCube del flusso diffuso di neutrini astrofisici”.
Per rilevare i neutrini mentre attraversano la Terra, IceCube si è avvalso di stringhe di globi dorati chiamati moduli ottici digitali, o DOM, che sono incorporati nel ghiaccio. In totale, l’osservatorio dispone di 5.160 DOM posizionati nelle profondità dell’Antartide, pronti a registrare le interazioni dei neutrini con le molecole del ghiaccio che generano particelle cariche.
Queste particelle fantasma emettono luce blu mentre attraversano il ghiaccio, e i DOM sono in grado di rilevare questa luce. In particolare, quando i neutrini tau astrofisici ad alta energia interagiscono con le molecole del ghiaccio, producono emissioni luminose distintive, tra cui un caratteristico evento a doppia cascata che si manifesta con due picchi nei livelli di luce rilevati dai DOM.
Cosa sono le particelle fantasma?
Il termine “particelle fantasma” è comunemente utilizzato in fisica delle particelle e astrofisica per descrivere elementi subatomici altamente elusivi che possono interagire solo debolmente con la materia ordinaria. Essi, spesso indicati come neutrini ad alta energia, hanno l’aggettivo qualificativo di “fantasma” perché sono estremamente difficili da rilevare direttamente a causa della loro debole interazione con la materia. Ecco alcuni punti chiave riguardo all’argomento principale del nostro articolo:
-Neutrini: si tratta di particelle subatomiche elettricamente neutre che sono tra le più leggere esistenti. Esistono tre tipi di neutrini, associati ai tre tipi di cariche delle particelle cariche: neutrino elettronico, neutrino muonico e neutrino tauonico. Queste particelle sono generate da reazioni nucleari all’interno del Sole, delle stelle e da altri processi ad alta energia come le collisioni di raggi cosmici.
-Debole interazione: i neutrini interagiscono solo tramite la debole forza nucleare e, in misura molto minore, tramite la forza gravitazionale. Questo significa che hanno una probabilità estremamente bassa di interagire con la materia ordinaria. Circa 100 trilioni di essi attraversano il nostro corpo ogni secondo senza lasciare alcuna traccia.
-Rilevamento: per identificare i neutrini, gli scienziati si sono affidati a enormi rivelatori di neutrini come IceCube, situato nelle profondità del ghiaccio antartico. Gli scienziati utilizzano, in tal caso, moduli ottici digitali per registrare la luce emessa dalle particelle cariche generate dalle interazioni dei neutrini con la materia.
-Importanza scientifica: nonostante la loro sfuggente natura, i neutrini sono cruciali per la comprensione dei processi astrofisici ad alta energia. Poiché essi possono attraversare grandi distanze nello spazio senza essere influenzati da campi magnetici o altre interazioni, forniscono talvolta informazioni preziose su eventi cosmici distanti, come supernove, buchi neri e altri fenomeni energetici.
In sintesi, le particelle fantasma, in particolare i neutrini ad alta energia, rappresentano una sfida e un’opportunità unica per gli scienziati di esplorare i misteri dell’universo più profondo, agendo come messaggeri di eventi celesti potenti che influenzano lo spazio.
