Alle origini dell’universo, la scienza sfida se stessa per scoprire come tutto è cominciato

Particolare del criostato del prototipo di DUNE / Credit: Fermilab

Un megaprogetto scientifico, considerato uno dei più ambiziosi dei nostri giorni, per rispondere alle domande sull’origine dell’universo, partendo dallo studio dei neutrini: il suo nome è DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) ed è in fase di sviluppo negli Stati Uniti, tra l’Illinois e il South Dakota, dove verranno installati due rivelatori per registrare le interazioni dei neutrini.

Il primo di due rilevatori del DUNE sarà installato presso il Fermi National Accelerator Laboratory di Batavia, in Illinois, vicino alla sorgente del fascio di neutrini, mentre il secondo, molto più grande, sarà installato a più di un chilometro di profondità presso il Sanford Underground Research Laboratory di Lead, nel South Dakota, a 1.300 chilometri di distanza dalla sorgente. Questi rivelatori consentiranno agli scienziati di ricercare nuovi fenomeni subatomici e potenzialmente di trasformare la nostra comprensione dei neutrini e del loro ruolo nell’universo, in una sfida scientifica che coinvolge 1.400 scienziati di 30 diversi Paesi.

I neutrini e l'origine dell'universo

I neutrini, tra le particelle più misteriose e affascinanti dell’universo, grazie alla loro bassa interazione con la materia e la loro abbondanza nell’universo, offrono un’opportunità unica per studiare i fenomeni cosmici, fornendo informazioni che vanno dai processi di fusione nucleare all’interno del Sole ad eventi molto distanti, come le esplosioni di supernove, fino all’origine del cosmo, dal momento che si ritiene che esista anche un fondo cosmico di neutrini, ovvero dei neutrini prodotti nei primi istanti di vita nell’universo.

Queste particelle sono prive di carica elettrica e hanno una massa estremamente piccola, che non si è ancora riusciti a misurare, ma possono attraversare praticamente indisturbati enormi spessori di materia. La loro esistenza fu teorizzata nel 1930 dal fisico austriaco Wolfgang Ernst Pauli per spiegare un’apparente violazione del principio di conservazione dell’energia e confermata nel 1956 con un esperimento guidato dai fisici Clyde Cowan e Frederick Reines.

La corsa per intercettare queste particelle è già partita, con rilevatori molto sensibili che spesso si trovano in luoghi estremi, come l’osservatorio di neutrini Super-Kamiokande (Super-K), che si trova a a 1 km di profondità nella miniera di Mozumi, in Giappone, che presto avrà il suo successore, il nuovo Hyper-Kamiokande (Hyper K), pronto ad accendere il suo fascio di neutrini in meno di due anni.

Tra i rilevatori già operativi ci sono anche l’IceCube Neutrino Observatory o, più semplicemente IceCube, che si trova nei ghiacci dell’Antartide, e il KM3NeT (Cubic Kilometre Neutrino Telescope) il telescopio per neutrini in acque profonde nel Mediterraneo. Recentemente, è stato proprio il KM3NeT, con il suo rilevatore Arca situato al largo di Portopalo di Capo Passero, in Sicilia, a captare un neutrino cosmico ad altissima energia, il più energetico mai osservato finora.