Scoperta di un Serbatoio di Acqua Purissima in Ontario
Un serbatoio di acqua purissima, situato a profondità straordinarie sotto chilometri di roccia in Ontario, Canada, ha recentemente catturato l’attenzione della comunità scientifica. Questo serbatoio ha dimostrato la sua straordinaria capacità di rilevare antineutrini, particelle quasi impercettibili, provenienti da un reattore nucleare distante oltre 240 chilometri. Questo evento rappresenta un traguardo significativo, poiché è la prima volta che l’acqua viene utilizzata in questo contesto.
Implicazioni della Scoperta
I risultati di questa scoperta, pubblicati nel 2023, aprono nuove prospettive per futuri esperimenti sui neutrini e per lo sviluppo di tecnologie di monitoraggio. Queste tecnologie si avvalgono di materiali economici, facilmente reperibili e sicuri.
Neutrini e Antineutrini: Un Mondo di Particelle Enigmatiche
I neutrini, tra le particelle più abbondanti nell’Universo, sono entità enigmatiche che offrono un potenziale straordinario per rivelare aspetti più profondi della realtà cosmica. Tuttavia, la loro natura sfuggente complica notevolmente il loro studio. Le loro caratteristiche principali includono:
- Quasi privi di massa
- Privati di carica
- Interazioni minime con altre particelle
Per questo motivo, sono comunemente definiti “particelle fantasma“.
Caratteristiche degli Antineutrini
Gli antineutrini, che rappresentano la controparte antiparticella dei neutrini, presentano caratteristiche peculiari. In genere, un’antiparticella ha una carica opposta rispetto alla sua controparte. Tuttavia, poiché i neutrini non possiedono carica, gli scienziati possono distinguerli solo in base alle loro interazioni:
- Un neutrino elettronico si manifesta insieme a un positrone
- Un antineutrino elettronico si presenta con un elettrone
Produzione e Rilevazione di Antineutrini
La produzione di antineutrini elettronici avviene durante il decadimento beta nucleare, un processo radioattivo in cui un neutrone si trasforma in un protone, un elettrone e un antineutrino. In questo contesto, un antineutrino elettronico può interagire con un protone, dando origine a un positrone e a un neutrone, in una reazione nota come decadimento beta inverso.
Il Ruolo dei Serbatoi di Rilevazione
Per rilevare questo specifico tipo di decadimento, vengono impiegati grandi serbatoi riempiti di liquido, dotati di tubi fotomoltiplicatori. Questi serbatoi sono progettati per captare il debole bagliore della radiazione Cherenkov, generata da particelle cariche che si muovono più velocemente della luce nel liquido. Tali dispositivi sono estremamente sensibili a segnali luminosi molto deboli.
Laboratorio SNO+: Un Avanzamento nella Ricerca
Il laboratorio SNO+, sepolto sotto oltre 2 chilometri di roccia, rappresenta il laboratorio sotterraneo più profondo del mondo. Questa imponente barriera rocciosa offre una protezione efficace contro le interferenze dei raggi cosmici, consentendo agli scienziati di ottenere segnali di alta qualità. Attualmente, il serbatoio sferico da 780 tonnellate del laboratorio è riempito di alchilbenzeno lineare, un scintillatore liquido che amplifica la luce.
Risultati della Calibrazione e Rilevazione di Segnali
Durante la fase di calibrazione nel 2018, il serbatoio era riempito di acqua ultrapura. Analizzando i dati raccolti durante i 190 giorni di calibrazione, la collaborazione SNO+ ha scoperto evidenze di decadimento beta inverso. Questo processo produce un tenue bagliore luminoso a un livello di energia molto specifico, pari a 2,2 megaelettronvolt.
Efficienza dei Rivelatori Cherenkov
Tradizionalmente, i rivelatori Cherenkov in acqua hanno difficoltà a rilevare segnali al di sotto di 3 megaelettronvolt. Tuttavia, il SNO+ riempito d’acqua ha dimostrato la capacità di rilevare segnali fino a 1,4 megaelettronvolt, con un’efficienza di circa il 50% nella rilevazione di segnali a 2,2 megaelettronvolt.
Prospettive Future nella Ricerca sui Neutrini
Un’analisi approfondita di un segnale candidato ha rivelato che era probabilmente generato da un antineutrino, con un livello di confidenza di 3 sigma, corrispondente a una probabilità del 99,7%. Questo risultato suggerisce che i rivelatori d’acqua potrebbero essere utilizzati per monitorare la produzione di energia nei reattori nucleari.
Conclusioni e Ricerche in Corso
Il laboratorio SNO+ continua a contribuire alla comprensione dei neutrini e degli antineutrini. Poiché i neutrini sono impossibili da misurare direttamente, la nostra conoscenza su di essi rimane limitata. Una delle domande più intriganti riguarda la possibilità che neutrini e antineutrini siano esattamente la stessa particella. Attualmente, SNO+ è impegnato nella ricerca di un decadimento raro, mai osservato prima, per fornire una risposta a questo interrogativo.
Commenti del Fisico Logan Lebanowski
Il fisico Logan Lebanowski, membro della collaborazione SNO+ e dell’Università della California, Berkeley, ha commentato nel 2023: “Ci intriga che l’acqua pura possa essere utilizzata per misurare gli antineutrini provenienti dai reattori a distanze così considerevoli. Abbiamo dedicato un notevole sforzo per estrarre un pugno di segnali da 190 giorni di dati. Il risultato è gratificante.” La ricerca è stata pubblicata sulla rivista *Physical Review Letters*, segnando un passo importante nel campo della fisica delle particelle.
