Il Nobel per la Fisica 2026 è stato assegnato a Francis Halzen, ideatore e direttore scientifico di IceCube, il rivelatore di neutrini costruito nel ghiaccio del Polo Sud. Ne parliamo con Angelo Nucciotti, docente del dipartimento di Fisica Giuseppe Occhialini, che studia le proprietà dei neutrini.
Che cosa sono i neutrini?
Sono particelle elementari neutre e leggerissime. Nella fisica del modello “standard” la loro massa è considerata zero, ma da una trentina d’anni, grazie alle loro oscillazioni, sappiamo che hanno una massa. È però piccolissima: per avere un termine di confronto, un elettrone pesa almeno 500.000 volte di più, un protone quasi un miliardo di volte.
Perché sono così difficili da rivelare?
Perché non hanno carica elettrica e interagiscono quasi esclusivamente tramite l’interazione nucleare debole (oltre alla gravità), una forza a cortissimo raggio con una probabilità di interazione minuscola, e quindi attraversano quasi tutto senza fermarsi. Ogni secondo il Sole fa passare attraverso un centimetro quadrato della nostra mano decine di miliardi di neutrini. Nell’intero universo ce ne sono circa 300 per centimetro cubo: la loro massa è minuscola, ma con questi numeri influenzano l’evoluzione del cosmo.
Per che cosa è stato dato il Nobel?
Per un telescopio di ghiaccio… e non è un modo di dire, è proprio un telescopio: IceCube infatti usa un chilometro cubo di ghiaccio, circa un miliardo di tonnellate. Un neutrino interagisce di rado, ma con quelle dimensioni ogni tanto succede: la sua energia si trasferisce a particelle cariche che emettono lampi di luce (la radiazione Cherenkov), e ci dicono l’energia e la direzione di provenienza. Questo ci dà un’immagine neutrinica dell’universo. Halzen è stato premiato come ideatore e guida di IceCube: per rendere possibile l'osservazione ci si è dovuti spingere ad una profondità superiore a 1.500 metri, dove la pressione fa sparire le bollicine d’aria e il ghiaccio diventa più puro e trasparente.
Perché i neutrini sono “messaggeri”?
Perché viaggiano in linea retta, senza essere assorbiti. I fotoni vengono bloccati dai gas interstellari e dalle radiazioni cosmiche di fondo, e le particelle cariche vengono deviate dai campi magnetici. I neutrini, invece, partono dal centro delle galassie attive, dove i buchi neri accelerano le particelle, e hanno energie migliaia di volte superiori a quelle prodotte dagli acceleratori del CERN. Insieme a fotoni, onde gravitazionali e raggi cosmici fanno parte dell’astrofisica multi-messaggera. Anche quando la sorgente è il Sole o le supernove, i neutrini ci rivelano ciò che accade al loro interno, perché sono un sottoprodotto dei processi fisici che avvengono e ne fuoriescono istantaneamente.
È quindi un Nobel alla fisica del neutrino?
Non esattamente: è un Nobel all’astrofisica del neutrino, un’intersezione tra due campi. La fisica del neutrino studia le proprietà della particella; l’astrofisica del neutrino la usa per vedere cosa succede nell’universo. Gli esperimenti di IceCube non hanno scoperto proprietà nuove del neutrino: il loro merito è aver dimostrato che sia possibile osservare il cosmo anche con i neutrini. Esperimenti analoghi, come la collaborazione internazionale KM3NeT nel Mediterraneo (in cui l’INFN è in prima linea con il sito in Sicilia), usano l’acqua al posto del ghiaccio. L’idea è creare una rete di telescopi sparsi per il pianeta per avere una rivelazione più accurata.
Qui alla Bicocca di cosa ci occupiamo?
Di entrambi gli aspetti: studiamo le proprietà fondamentali del neutrino e lo usiamo come sonda del cosmo. Con grandi esperimenti sotterranei come JUNO e DUNE si studiano le oscillazioni e la massa, mentre con RES-NOVA si cercano i neutrini delle supernove. Poi ci sono CUORE (a cui partecipo anche io), CUPID e LEGEND al Gran Sasso, che cercano di capire la natura del neutrino. Personalmente lavoro ad un esperimento che si chiama HOLMES, focalizzato sulla misura diretta della massa del neutrino: è un esperimento internazionale di cui sono Principal Investigator. In passato i colleghi del gruppo di Fiorini, con GALLEX, hanno usato i neutrini solari per studiare come funziona il Sole. Due anni fa abbiamo anche ospitato la conferenza mondiale “Neutrino 2024”.
Che cosa non sappiamo ancora dei neutrini?
In realtà quasi tutto, salvo che sono appunto neutri. Non conosciamo la massa esatta e non sappiamo se il neutrino sia una particella di Majorana, cioè uguale alla propria antiparticella. I progetti CUORE, CUPID e LEGEND si propongono di osservare un fenomeno rarissimo nei nuclei atomici, il cosiddetto doppio decadimento beta senza neutrini, che convaliderebbe questa ipotesi. Sarebbe un indizio sul perché l’universo sia fatto di materia e non di antimateria. Il neutrino non è solo un messaggero: è una chiave per capire l’universo.
