Nuova evidenza dell’interazione dei neutrini solari apre un fronte inesplorato nella fisica delle particelle

Roma – Per la prima volta, i neutrini prodotti nel nucleo del Sole sono stati osservati mentre trasformano atomi di carbonio-13 in azoto-13 all’interno del rivelatore sotterraneo SNO+, collocato due chilometri sotto la superficie di Sudbury, in Canada. Il risultato, pubblicato su Physical Review Letters, rappresenta un avanzamento cruciale nella fisica delle particelle e nell’astrofisica solare: i ricercatori sono infatti riusciti a identificare una reazione nucleare indotta dai neutrini mai osservata prima a energie così basse, utilizzando un metodo sperimentale che permette di isolare eventi rarissimi attraverso la cosiddetta “coincidenza ritardata”. Il processo combina un lampo iniziale, generato dall’urto del neutrino, e un secondo segnale, alcuni minuti più tardi, dovuto al decadimento dell’azoto-13 prodotto.

L’esperimento si basa sull’enorme volume di scintillatore liquido ospitato nella sfera acrilica di 12 metri del laboratorio sotterraneo, protetto dalle interferenze di raggi cosmici grazie alla profondità della miniera. Tra il 4 maggio 2022 e il 29 giugno 2023, il team ha identificato 5,6 eventi, un numero coerente con i 4,7 attesi dal flusso di neutrini solari nello stesso intervallo. La conferma sperimentale di questa interazione apre la strada a nuove misure del comportamento dei neutrini di bassa energia e offre un banco di prova naturale per studiare reazioni nucleari difficilmente riproducibili in laboratorio.

“Captare questa interazione è un risultato straordinario”, dichiara il primo autore Gulliver Milton, dottorando dell’Università di Oxford. “Nonostante la rarità dell’isotopo di carbonio-13, siamo riusciti a osservare la sua risposta ai neutrini, nati nel cuore del Sole e giunti fino al nostro rivelatore dopo un viaggio immenso”. Il coautore Steven Biller, anch’egli dell’Università di Oxford, ricorda il contesto storico di questa scoperta: “I neutrini solari sono stati un tema affascinante per decenni, e le misure del nostro predecessore SNO portarono al Nobel nel 2015. È notevole che oggi possiamo usarli come un ‘fascio di prova’ naturale per studiare altre reazioni atomiche rare”.

Per SNOLAB, che ospita l’esperimento, la misura ha un duplice valore. “A nostra conoscenza, questi risultati rappresentano l’osservazione a più bassa energia di interazioni dei neutrini sul carbonio-13 e la prima misura diretta della sezione d’urto per questa reazione”, afferma Christine Kraus, staff scientist del laboratorio. La possibilità di misurare interazioni così elusive fornisce nuovi vincoli ai modelli della fisica dei neutrini, contribuendo a chiarire il ruolo che queste particelle svolgono nei processi di fusione dell’idrogeno all’interno delle stelle.

Il significato astrofisico del risultato è stato sottolineato da Massimo Della Valle, dirigente di ricerca INAF e accademico dei Lincei, che ricorda il carattere quasi impalpabile dei neutrini: “Ogni secondo, circa 10¹⁴ neutrini attraversano il nostro corpo senza che ce ne accorgiamo. Sono messaggeri diretti dei processi che avvengono al centro delle stelle”. Della Valle ricorda anche l’episodio emblematico della supernova del 1987: “Furono liberati circa 10⁵⁸ neutrini. Eppure sulla Terra ne riuscimmo a rivelare soltanto venticinque”. Proprio per questa ragione, ogni singola interazione osservata è  “è un risultato prezioso. Recentemente – ha aggiunto –  nel rivelatore sotterraneo SNO+ (una evoluzione potenziata del precedente esperimento Sudbury Neutrino Observatory) in Canada, situato due chilometri sotto terra, per schermarlo dai raggi cosmici, è stata osservata – per la prima volta – l’interazione dei neutrini solari con nuclei di Carbonio13, che vengono trasformati in Azoto13. Il processo viene identificato grazie a un metodo a “coincidenza ritardata”: un primo lampo di luce segnala l’urto del neutrino, un secondo, alcuni minuti più tardi, corrisponde al decadimento dell’Azoto13 prodotto. Non si tratta soltanto di un successo tecnologico: è l’apertura di un nuovo fronte scientifico. Questa osservazione ha un impatto diretto sulla fisica, perché consente di misurare interazioni nucleari rarissime e di vincolare i modelli sulla massa dei neutrini, ma ha ricadute altrettanto importanti per l’astrofisica: fornisce dati che provengono direttamente dal “core” del Sole (mentre i fotoni ci raccontano solo ciò che accade nella fotosfera, cioè la “superficie” della stella) permettendoci di capire cosa avviene realmente nel nucleo solare e, in prospettiva, chiarire il ruolo dei neutrini nelle stelle più massicce e nei processi che le conducono all’esplosione come Supernova”.

La scoperta estende l’eredità dell’esperimento SNO, che dimostrò l’oscillazione dei neutrini e risolse l’enigma del flusso solare. Con la nuova misura su carbonio-13, i neutrini diventano ora strumenti sempre più raffinati per sondare la struttura interna del Sole e dei corpi stellari. SNO+ fornisce così una base sperimentale che consentirà, nel prossimo futuro, analisi più dettagliate delle reazioni nucleari fondamentali per l’evoluzione stellare e per la comprensione dei meccanismi che governano l’universo.(30Science.com)