Misurare i neutroni con le sfere di Bonner

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Loro, i neutroni, pensavano di passare inosservati e andarsene senza lasciare traccia. Il fatto di essere neutri, ovvero senza carica elettrica, li rende praticamente invisibili ad una vasta gamma di rivelatori che sfruttano invece l'interazione della carica elettrica per poter vedere il passaggio di particelle subatomiche. Ma gli scienziati non si sono mica fatti intimidire e hanno sviluppato altri metodi per poter scovare i silenziosi neutroni.

I fisici nucleari tendono a suddividere i neutroni in tre grosse categorie a seconda della loro energia. Chiamano veloci quelli più energetici, proprio perché la loro energia si manifesta come velocità. Quelli di bassa energia, che sono praticamente fermi, vengono chiamati termici, perché la loro energia cinetica è comparabile a quella delle molecole che formano un gas a temperatura ambiente. La classe intermedia è quella dei cosiddetti neutroni epi-termici e si trova esattamente tra le due categorie precedenti. A seconda della categoria di appartenenza, esistono rivelatori più appropriati per rivelarli.

Misurare lo spettro di un campo di neutroni, ossia quanti neutroni ci sono per ciascun intervallo di energia è un'operazione che richiede differenti rivelatori, proprio come succede per le sfere di Bonner. Queste sono delle vere e proprie palle di polietilene di diametri differenti e con la possibilità di infilare proprio nel centro un contatore proporzionale in grado di contare solo i neutroni termici. Lo scopo delle sfere è quello di moderare i neutroni, ovvero di rallentare i neutroni; più grande è la sfera, maggiore sarà la sua capacità di termalizzare i neutroni rendendoli visibili al contatore posizionato nel centro.

Per spiegarci meglio, effettuando una misura del campo di neutroni con il solo contatore nudo si vedrà soltanto la componente di bassa energia dei neutroni, mentre con la sfera più grande, anche i neutroni più veloci saranno rallentati a sufficienza per essere visibili. Per ricostruire lo spettro dei neutroni è necessario effettuare misure con tutte e 12 le sfere di Bonner e contare quanti neutroni sono arrivati fino al contatore.

Attenzione però che questo non è lo spettro, ma solo l'ingrediente di base per poterlo ricavare attraverso una procedura piuttosto complessa nota come unfolding. Esistono svariati programmi, alcuni persino accessibili dal vostro fidato browser, per eseguire questa procedura che richiede oltre ai risultati delle misure di suggerire al programma quella che potrebbe essere una buona forma dello spettro (soluzione di prova). Se il suggerimento è buono, l'algoritmo di calcolo procederà spedito verso la soluzione vera del problema, altrimenti non riuscirà a trovare nessuna soluzione stabile.

Voi lettori dell'unico-lab, l'avrete già capito... questo è l'esperimento che insieme a colleghi e collaboratori abbiamo realizzato questa settimana in laboratorio. Nel nostro piccolo, un altro successo!