I raggi cosmici e quei neutrini mancanti

Bisogna tornare indietro di 100 anni quando il fisico austriaco Victor Hess ascendeva con palloni aerostatici per misurare i livelli di radioattività nell'atmosfera terrestre. Contemporaneamente e in modo indipendente, il fisico italiano Pacini, escludeva l'origine terrestre di questa radioattività. E' grazie al loro lavoro che oggi noi conosciamo i raggi cosmici.

L'atmosfera svolge un'azione di schermo fermando quasi subito le particelle di bassa energia e rallentando quelle estremamente energetiche attraverso la formazione di sciami. Ovvero questi protoni e ioni più pesanti, colpendo il primo nucleo di una molecola della nostra atmosfera creano tante nuove particelle, suddividendo tra di esse l'energia iniziale. Il processo si ripete e sulla superficie terrestre arrivano migliaia di particelle differenti da quella iniziale e molto meno energetiche.


Ma da dove arrivano e come fanno ad essere così accelerati?

Queste due domande sono punti chiave nella comprensione dei raggi cosmici. Per loro origine abbiamo diverse spiegazioni, ad esempio le esplosioni di stelle, più complesso invece è il problema della loro accelerazione, non tanto per i raggi cosmici "normali", ma particolarmente per quelli ad altissima energia 1E20 eV, di gran lunga superiore a quella raggiungibile con i nostri potentissimi acceleratori di particelle. Si è cercato di spiegarli inserendoli nel modello a palla di fuoco dei lampi gamma (in sigla GRB), ovvero potentissime emissioni di raggi gamma, che avvengono con una frequenza quasi giornaliera nell'universo visibile dalla terra e che nei pochi secondi in cui durano contengono una quantità di raggi gamma superiore a tutto il resto dell'universo sommato. A parte questo, dei GRB non sappiamo niente altro, e per questo ci sono svariati esperimenti che raccolgono continuamente dati su questi fenomeni. Alcuni direttamente nello spazio su satelliti (GLAST) cercano di catturare informazioni contenute direttamente nei raggi gamma primari, altri sulla terra come l'Auger Observatory raccolgono informazioni a partire dagli sciami di raggi cosmici ultra energetici che si estendono su territori vastissimi.

I neutrini e i GRB

A questi esperimenti si aggiungono anche quelli focalizzati sulla rivelazione dei neutrini (di cui abbiamo molto frequentemente parlato in questi ultimi tempi). Queste particelle sono difficilissime da rivelare e solo grandi, meglio dire giganteschi rivelatori hanno la speranza di catturarne qualcuno. Un esempio di questi mastodontici rivelatori è IceCube, letteralmente un chilometro cubo di ghiaccio del Polo Sud, dotato di sensibili rivelatori di luce, che catturano tutte le volte che un neutrino interagisce con l'acqua o con la roccia e genera un muone. IceCube è tarato per rivelare al meglio i neutrini di alta energia, presenti in quantità negli sciami di cosmici e lo scopo dell'esperimento è proprio quello di far luce su questo mistero.

Gli scienziati di IceCube si sono ovviamente occupati anche di GRB essendo una delle plausibili cause dei raggi cosmici, ma, e qui arriva la scoperta, non hanno trovato neutrini provenienti dai lampi gamma, cosa che invece era attesa. La collaborazione ha pubblicato i risultati sul numero di Nature concludendo che verosimilmente i GRB non sono l'unica sorgente di raggi cosmici ad altissima energia oppure il meccanismo di produzione dei neutrini ipotizzato è sbagliato e di conseguenza anche il metodo di accelerazione dei raggi cosmici.

Insomma, questi neutrini sono sempre un mistero, sia quando ci sono sia quando mancano. Non dimentichiamoci che fu proprio una mancanza di neutrini elettronici provenienti dal sole a dare il via allo studio delle oscillazioni dei neutrini. Speriamo che anche in questo caso, siano il presupposto per una nuova scoperta!