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Un laboratorio sotterraneo in Cina mira a chiarire una delle maggiori incognite della fisica: la massa dei neutrini

Un imminente laboratorio in Cina mira a chiarire una delle maggiori incognite della fisica: la massa dei neutrini.

Categorie Fisica · Scienza
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Nelle profondità della terra di Kaiping, nella provincia di Guangdong, Cina, un gigante sta per svegliarsi. Immerso a 700 metri sotto la superficie, l’Osservatorio Neutrino Sotterraneo di Jiangmen (JUNO) è pronto a rivoluzionare la nostra comprensione dei neutrini, particelle subatomiche enigmatiche che attraversano l’universo (e noi stessi) in quantità inimmaginabili, quasi senza lasciare traccia. Con un investimento di 376 milioni di dollari e un laboratorio sotterraneo che si nasconde sotto un paesaggio verdeggiante, JUNO è in corsa per risolvere uno dei misteri più affascinanti della fisica moderna, l’ordine di massa dei neutrini.

Un laboratorio sotterraneo per l’osservazione dei neutrini

La missione di JUNO è audace quanto i neutrini sono sfuggenti. Queste particelle fantasma, nonostante siano onnipresenti, interagiscono così raramente con la materia da essere state soprannominate “particelle fantasma”. Il loro studio non è però un mero esercizio accademico; i neutrini potrebbero detenere le chiavi per comprendere questioni fondamentali dell’universo, come le forze che hanno guidato la sua evoluzione subito dopo il Big Bang.

Il cuore pulsante di JUNO è una sfera di rilevamento dal diametro di 35 metri, una struttura imponente progettata per catturare i segnali deboli lasciati dai neutrini. Il laboratorio, che si prevede entrerà in funzione entro la fine dell’anno, spera di distinguere quale tra i tre “sapori” di neutrini – elettronico, muonico e tau – possieda la massa maggiore e quale la minore. Questa ricerca potrebbe non solo risolvere uno degli enigmi più persistenti della fisica ma anche aprire nuovi orizzonti nella comprensione della struttura stessa dell’universo.

Un laboratorio sotterraneo unico nel suo genere per la rilevazione dei neutrini

laboratorio sotterraneo per l'osservazione dei neutrini
Credits: Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences

La strategia di JUNO si distingue per il suo innovativo utilizzo di scintillatore liquido, una soluzione di sostanze chimiche progettata per brillare alla minima interazione con i neutrini. Questa tecnica permette di catturare con precisione eventi che altrimenti passerebbero inosservati, un requisito fondamentale data la notoria elusività dei neutrini. Un banco di prova cruciale per l’efficacia di questo metodo è stato il recente riempimento di un modello in miniatura del rilevatore con lo scintillatore, per assicurarsi della sua purezza e capacità di distinguere i segnali dei neutrini da quelli di fondo.

JUNO non è solo nel suo viaggio di scoperta. Altri progetti in Giappone e negli Stati Uniti mirano a svelare i segreti dei neutrini, sebbene con tecniche e tempi diversi. Ciò nonostante, la varietà di approcci è vista non come rivalità ma come un mosaico di sforzi complementari che, insieme, offrono una visione più completa dell’universo dei neutrini. La diversità delle tecniche di rilevamento impiegate da queste missioni – dall’acqua purificata all’argon liquido – amplifica la portata delle loro potenziali scoperte.

La posizione di JUNO, profondamente sepolta sotto una collina di granito, è stata scelta per proteggere il laboratorio dai raggi cosmici, particelle ad alta energia provenienti dallo spazio che potrebbero interferire con i delicati rilevamenti dei neutrini. Questo rifugio sotterraneo è non solo una meraviglia dell’ingegneria ma anche un simbolo dell’impegno della comunità scientifica a spingersi oltre i confini del noto, a caccia di risposte a domande che definiscono la nostra esistenza stessa.

I neutrini

I neutrini sono particelle subatomiche che attraversano indisturbate la materia dell’universo. Prodotti da reazioni nucleari nelle stelle, tra cui il nostro Sole, nonché in eventi cataclismici come le esplosioni delle supernove, i neutrini viaggiano quasi alla velocità della luce, sfuggendo quasi completamente all’interazione con la materia ordinaria. Questa caratteristica li rende testimoni silenziosi ma preziosi dei processi più nascosti e energetici che si verificano nell’universo. A dispetto della loro abbondanza, con centinaia di miliardi di essi che passano attraverso ogni centimetro quadrato della Terra ogni secondo, la loro natura sfuggente ha reso lo studio dei neutrini una delle sfide più intriganti della fisica moderna. La capacità di “vedere” l’universo attraverso i neutrini potrebbe svelare segreti cosmici ancora inesplorati, offrendo nuove prospettive sulla struttura stessa dello spazio e del tempo.

Una delle questioni più affascinanti che circondano i neutrini riguarda la loro massa. Per decenni, si è creduto che i neutrini fossero privi di massa, viaggiando liberi nell’universo come particelle fantasma. Tuttavia, esperimenti recenti hanno dimostrato che possiedono una massa, seppur incredibilmente piccola, sfidando le nostre precedenti comprensioni della fisica delle particelle. Questa scoperta ha aperto la porta a nuove domande fondamentali sulla natura dell’universo, compreso il ruolo dei neutrini nella materia oscura e nell’asimmetria materia-antimateria. Determinare la massa esatta dei neutrini e comprendere come si inseriscono nel Modello Standard della fisica delle particelle è ora uno degli obiettivi principali della ricerca scientifica, con esperimenti in corso in tutto il mondo. La risposta potrebbe non solo completare lacune nella nostra conoscenza ma anche rivelare nuove fisiche oltre i confini attualmente conosciuti, aprendo una finestra su dimensioni e forze ancora inesplorate.

Verso il futuro

Credits: Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences

Con la sua imminente messa in funzione, JUNO si prepara a scrivere un nuovo capitolo nella storia dell’astrofisica. La sua capacità di rilevare centomila neutrini nei prossimi sei anni potrebbe non solo svelare l’ordine di massa di queste particelle sfuggenti ma anche aprire la porta a una nuova comprensione di fenomeni cosmici di grande portata, dalla materia oscura all’evoluzione stellare. In questo viaggio verso l’ignoto, JUNO non è solo un osservatorio: è un faro che illumina le profondità più oscure dell’universo, promettendo di rivelare i segreti celati da tempo immemore.

FONTI VERIFICATE

Nature – China’s giant underground neutrino lab prepares to probe cosmic mysteries