In Russia è stato costruito un enorme telescopio per neutrini sul fondo del Lago Bajkal

Kirill Shipitsin/Sputnik
Da anni fisici e ingegneri lavoravano sul grande bacino idrico, e finalmente il progetto è ultimato. Ecco a cosa serve e cosa potranno scoprire gli scienziati grazie a questo gigante subacqueo

Marzo. Un trattore con un’enorme trivella a misura d’uomo avanza lentamente sul ghiaccio del Lago Bajkal. Inizia a trapanare il ghiaccio spesso un metro, fino all’acqua. Lì vicino, una decina di persone in tuta arancione stanno preparando un cavo extra lungo con sensori a forma di sfera di vetro infilati sopra. Tutto questo verrà calato in acqua, fino a una profondità di 750-1.300 metri! (Il Lago Bajkal è il più profondo del mondo, con un record di 1.642 metri nella parte centrale).

Questo marchingegno è stato costruito con un lavoro iniziato nel 2015. Scienziati e ingegneri sono venuti qui ogni inverno e all’inizio della primavera per sistemare in loco, anno dopo anno, le parti del più grande telescopio a neutrini del mondo, il Bajkal-GVD-I. A metà marzo 2021, è stato ufficialmente messo in funzione e sono iniziati gli esperimenti, i cui risultati sono in grado di rimodellare la nostra intera comprensione dell’Universo.

A cosa serve?

Andiamo per ordine. I neutrini sono particelle fantasma ultraleggere che permeano l’universo e tutto ciò che contiene. Mentre leggete questa riga, quadrilioni di neutrini, nati otto minuti fa al centro del Sole, sono già passati attraverso di voi. Ma non ve ne accorgerete nemmeno, e questa è un’altra importante caratteristica dei neutrini.

Il neutrino interagisce in modo estremamente debole con la materia. Ad esempio, non più di un neutrino solare su 10¹⁶ colpirà almeno un atomo. Queste particelle elementari sono semitrasparenti: possono passare attraverso enormi spessori di materia e non subire collisioni (non interagire). Gli scienziati hanno impiegato 26 anni per rilevare la prima collisione e confermare che i neutrini esistono non solo in teoria. Era il 1956. Ma da allora non abbiamo fatto molti progressi nella conoscenza dei neutrini.

Sappiamo solo che i neutrini sono follemente leggeri (anche il neutrino più pesante pesa milioni di volte meno di un elettrone) e che hanno origini diverse. I neutrini nascono continuamente sul Sole, nelle viscere della Terra, nell’atmosfera, nei reattori nucleari, nelle viscere delle galassie che nascono o muoiono, nelle stelle e in altre sorgenti astrofisiche.

Il telescopio del Bajkal è progettato per registrare e studiare i flussi di neutrini di energia ultraelevata, cioè quelli che sono arrivati dallo Spazio profondo, e consente di filtrare tutti gli altri tipi. Questi “messaggeri spaziali” abbastanza rari possono raccontare cosa è successo al nostro Universo, come si è evoluto, e come si sono formati le galassie, la materia oscura e i buchi neri. In particolare, sono stati i neutrini a parlare per primi agli scienziati dell’esplosione della supernova “SN 1987a” nella Nube di Magellano, prima che gli astronomi vedessero un bagliore ottico.

Nessun’altra particella è in grado di raccontarci così tanto. Sulla strada per la Terra, tutte le particelle elettricamente cariche (protoni ed elettroni) sono fortemente deviate dai campi magnetici e non è più possibile determinare dove fosse la loro fonte, e le particelle di luce, i fotoni, dalle regioni dense e calde dell’Universo possono o non uscire o uscire ma modificandosi molto. I neutrini, non carichi, non reagiscono ai campi magnetici e trasportano le informazioni e non vengono assorbiti dalla polvere interstellare. Pertanto, l’osservazione dei neutrini è come un nuovo canale per l’osservazione dell’Universo ed è sorprendentemente accurato. Sono anche definiti la porta di accesso alla “nuova fisica”. Inoltre, nessun altro metodo di osservazione, a terra o dallo Spazio, guarderà “così in profondità” nell’Universo.

Che aspetto ha? E perché proprio nel Bajkal?

Gli scienziati nel secolo scorso si sono resi conto che è possibile “catturare” un neutrino, nonché determinarne la direzione di arrivo, utilizzando fotorilevatori sensibili, dalla luminosità del bagliore bluastro. Per questo tre sovietici, Pavel Cherenkov, Ilja Frank e Igor Tamm vennero insigniti del Premio Nobel per la Fisica nel 1958. I fotorilevatori sono in grado di tracciare questi deboli lampi, quando i neutrini interagiscono con la materia.

Tuttavia, la registrazione richiede centinaia di fotorilevatori, oltre a un grande volume della sostanza più trasparente con cui possa interagire il neutrino. Come costruire un rilevatore del genere? E dove installare questo enorme strumento? L’idea rivoluzionaria fu espressa nel 1980 dall’accademico sovietico Moisej Markov (1908-1994): propose di immergere molti fotorilevatori in grandi bacini d’acqua naturali e aspettare che il neutrino cadesse “in trappola” da solo.

L’installazione più grande e famosa di questo tipo è il telescopio IceCube al Polo Sud. È letteralmente un “cubetto di ghiaccio” dal volume di un chilometro cubo, con fotorilevatori nello spesso ghiaccio dell’Antartide.

Il primo telescopio per neutrini sul Bajkal è apparso nel 1993 ed è stato chiamato NT-36. Lì, per la prima volta, fu possibile registrare un neutrino, che è entrato dal basso, “perforando” lo spessore della Terra. Ma quel telescopio era già tecnologicamente logoro e obsoleto, e di dimensioni troppo piccole per ulteriori progressi.

Per sostituirlo, è stato costruito il moderno Bajkal-GVD. Un gruppo internazionale di fisici ha lavorato alla sua creazione sotto la guida dell’Istituto per la ricerca nucleare dell’Accademia delle scienze russa di Mosca e l’Istituto congiunto per la ricerca nucleare di Dubna (città a 120 chilometri dalla capitale russa). Consiste di 288 moduli ottici su otto stringhe verticali. Quindi, in effetti, il telescopio per neutrini è diventato la struttura più alta in Russia. Solo che non svetta verso il cielo ma sprofonda in acqua, ed è a 3,5 chilometri dalla riva.


Degli appassionati di apnea siberiani stanno ripulendo il Lago Bajkal da tonnellate di spazzatura 

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