L'esperimento SOX, spiegato a tutti

Short distance neutrino Oscillations with BoreXino, l’esperimento più ingiustamente infamato di questi giorni. Capiamo un po’ cos’è, perché è tanto importante e come mai non c’è nulla da temere.

Procediamo analizzandone semplicemente il nome, con ordine.

Neutrini

Il neutrino è una particella subatomica, prodotta dal Decadimento beta , dotato di una massa piccolissima (come sappiamo dopo l'esperimento nel laboratorio di Super-Kamiokande, che valse il premio Nobel per la fisica nel 2015). A differenza della luce non ha (quasi) alcun tipo di interazione con la materia, tanto che è stato in grado di viaggiare dal CERN di Ginevra ai Laboratori del Gran Sasso praticamente indisturbato (in un esperimento che i più si ricorderanno come quello del “tunnel della Gelmini”) attraverso quasi 900 km di dura roccia.
Ora Billy, tendi la mano. Ogni secondo viene attraversata da circa 10000000000 neutrini prodotti dalla reazione di fusione nucleare che alimenta il Sole. Ti sei accorto di qualcosa? Non credo proprio.
In particolare i neutrini sono di tre tipi, distinti attraverso il loro “sapore” (sempre a pensare al cibo questi fisici…). I neutrini che saranno i protagonisti dell'esperimento SOX sono i neutrini ellettronici, generati nel decadimento beta assieme ad un elettrone; esistono poi neutrini a sapore muonico ed tauonico, particelle prodotte dall'interazione nucleare debole più difficili da rilevare.
Ma non lasciarti confondere dalla strana nomenclatura data a questi fenomeni, e concentrati sul problema vero: come facciamo quindi ad osservare una particella così sfuggente?

Il cuore dell'esperimento

Entra qui in gioco Borexino, ovvero il cuore dell’esperimento. Questo è un enorme sensore, costituito da una sfera contenente 2700 tonnellate di acqua e 1400 tonnellate di materiale scintillatore, circondato da 2200 fotomoltiplicatori. Facendola facile (ma non lo è affatto), un neutrino che passa attraverso Borexino può interagire con il materiale scintillante, cedere una parte della propria energia e dare luogo ad un piccolo, microscopico lampo di luce, che viene amplificato dai fotomoltiplicatori. Ora, però, vengono i problemi. Dal Sole, dalle stelle lontane, dall’atmosfera, dal suolo, dalle banane, provengono raggi gamma e tanti altri tipi di particelle subatomiche, che esistono naturalmente e da sempre nell’ambiente, con cui conviviamo serenamente e senza problemi. Lo scintillatore, però, interagisce molto più facilmente con queste ultime che con i neutrini, quindi qualsiasi cosa che non sia un neutrino non deve entrare in contatto con lo scintillatore, altrimenti il lampo del neutrino verrà sommerso da migliaia di altri, qualsiasi tipo di analisi risulterà impossibile. Da qui la decisione di costruire laboratori di fisica sotto le montagne più alte (USA, Giappone, Cina), in modo che lo spesso strato di roccia filtri tutta questa radiazione, nel caso dei Laboratori del Gran Sasso, circa 1400 metri. Tutto questo fa quindi di Borexino il luogo meno radioattivo al mondo! Lo strumento è attivo dal 2007, ed è una vera eccellenza mondiale. Ogni anno gli scienziati che ci lavorano riescono ad effettuare scoperte straordinarie, migliorandone sempre più le performance.

Cosa cerchiamo?

Ovviamente, come ogni esperimento, ha uno scopo.
Dopo aver analizzato per anni i neutrini solari ed aver dato una grande spinta alla teoria del Modello Standard, è arrivata l'ora di chiarire un dubbio che da decenni attanaglia i fisici teorici: le "anomalie dei neutrini", la scomparsa di neutrini ed antineutrini elettronici (come già osservato in altri esperimenti come LSND and MiniBooNE). Se avesse successo, SOX dimostrerebbe l'esistenza dei "neutrini sterili" (che interagiscono solo gravitazionalmente e non tramite interazione debole), e quindi delle prime particelle non previste dal modello standard. Questa possibilità ha da anni aperto enormi dibattiti nella comunità scientifica in quanto buona parte della fisica delle particelle andrebbe riscritta.
Inoltre SOX fornirebbe una misura più precisa del momento magnetico del neutrino, l'angolo di Weinberg ed altri parametri fisici fondamentali per la loro caratterizzazione. ((Grazie a Tommaso Righi per le correzioni!))

Per avere una prova di queste anomalie è stato quindi messo insieme l’esperimento SOX, che prevede di posizionare una sorgente di neutrini nelle dirette vicinanze (Short distance) di Borexino. Come dicevamo sopra, dobbiamo impedire a tutta la radiazione prodotta insieme ai neutrini (tipicamente raggi gamma) di interagire con lo scintillatore. Da qui la scelta del Cerio 144, che ha una emissione gamma estremamente bassa rispetto alla emissione di neutrini (12 gamma ogni 100 neutrini) ed un tempo di dimezzamento (ovvero il tempo che un certo tipo di nuclei radioattivi impiega a dimezzarsi in numero) di 9 mesi, tale da poter effettuare una campagna sperimentale sufficientemente lunga. Per schermare completamente qualsiasi tipo di radiazione è stata predisposta una doppia capsula di acciaio, circondata poi da un cilindro di 2,4 tonnellate di tungsteno, ovvero 19 centimetri di quel materiale che usano per gli scarichi degli aerei, per le punte dei saldatori, per le placche antiproiettile ed altri componenti ad altissime prestazioni (in quantità decisamente minori). Un materiale estremamente duro ed estremamente denso, in grado di svolgere egregiamente sia da schermo per la radiazione (10 volte meglio del piombo) che da contenitore “ermetico” a prova di inondazioni, terremoti, incendi, incidenti e chi più ne ha più ne metta. Si è poi scelto di utilizzare una quantità molto modesta di cerio, ovvero circa 40 grammi (ci riempireste due tazzine di caffè a dir tanto) per non “sovraccaricare” Borexino (perdendo quindi in sensibilità) e per evitare qualsiasi tipo di problema legato alla contaminazione del territorio (quel cerio, dopo due anni, sarà assolutamente innocuo).

L’esperimento durerà 18 mesi, durante i quali niente verrà spostato, pena la completa perdita di significato di tutto il lavoro.

Insomma, nessuna bomba nucleare, nessuna bomba ecologica, nessun tentativo dei rettiliani di conquistare l’Abruzzo, solamente un esperimento molto complicato e molto delicato, in uno dei pochi centri di ricerca italiani noti a livello internazionale e ammirati da tutti per la qualità delle ricerche e dei risultati.

Non c’è alcun pericolo di contaminazione delle acque, la capsula che racchiude il materiale radioattivo è completamente sicura, ed anche nel remotissimo caso in cui tutto andasse storto, le quantità sono talmente piccole da non creare alcun tipo di problema.

Alcuni obiettano che il contenitore sarebbe apribile, perché chiuso “solamente con 20 viti”. Questo tipo di chiusura si rende necessario perché il tungsteno non è un materiale saldabile con facilità (fonde a 3422 °C), e saldare quella quantità di materiale risulterebbe inutile ed anzi dannoso, perché non ne sarebbe affatto garantita la tenuta. Inoltre non avrebbe senso costruire un contenitore di quelle dimensioni (e di conseguenza un costo esorbitante) per usarlo solamente una volta e poi essere buttato via perché non riutilizzabile. E in ogni caso quelle “20 viti” non sono quelle che tengono su la plafoniera della lampada, ma grosse e lunghe (si parlava di 19 centimetri di spessore…) e di conseguenza non proprio apribili da chiunque.

Remare contro questo esperimento a prescindere significa solamente che qualcun altro se ne farà carico, ottenendone tutti i benefici sia in termini di indotto finanziario che di merito scientifico, mentre qui resterà solamente un tunnel vuoto ed una figuraccia internazionale che ha ben pochi pari nel mondo.

di Riccardo Crugnola

Non pompiere, non astronauta, non calciatore. Il suo sogno da bambino era diventare ingegnere nucleare (o gruista, ma scoprì nel tempo di aver paura dei cavi di acciaio).