“Fotografati” ai Laboratori del Gran Sasso i primi neutrini inviati dal CERN di Ginevra

Dopo un viaggio di 730 chilometri sottoterra alla velocità di centinaia di migliaia di chilometri all'ora, i neutrini sono stati fotografati dal grande esperimento Opera nei Laboratori del Gran Sasso dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. Sono le prime immagini registrate dalle emulsioni nucleari nella più sofisticata macchina fotografica del mondo.

Fiocco rosa ai Laboratori sotterranei del Gran Sasso dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN). Martedì 2 Ottobre alle 17.04 è stato fotografato il primo “evento” di un arrivo di neutrini dal CERN di Ginevra. Fra i milioni di neutrini prodotti continuamente dal complesso di acceleratori del CERN (CNGS) e lanciati verso i Laboratori sotterranei del Gran Sasso dell'INFN, il rivelatore OPERA ha individuato e registrato per la prima volta un neutrino interagente nel suo bersaglio di emulsioni nucleari. I laboratori sono situati a una distanza di 730 km dal CERN, distanza che i neutrini percorrono in circa 2.4 millisecondi. Il neutrino osservato al Gran Sasso, ha prodotto una cascata di altre particelle, identificate dai complessi rivelatori elettronici dell'esperimento.

Circa 300 eventi di neutrino sono stati già rivelati lo scorso anno da OPERA, nella fase di collaudo del fascio di neutrini e del rivelatore. Ma questa nuova osservazione è assai più interessante: il bersaglio sensibile del rivelatore si sta ora progressivamente riempiendo, giorno dopo giorno. Esso sarà costituito da più di 150000 piccoli elementi chiamati “bricks” (mattoni), ognuno equivalente ad una sorta di sofisticata macchina fotografica. Grazie a tali bricks, composti da un sandwich di lastre di piombo e speciali pellicole di emulsione nucleare, per una massa totale di circa 1300 tonnellate, i ricercatori di OPERA saranno in grado per la prima volta di rivelare tutti i particolari degli “eventi di oscillazione di neutrino”, misurando con una precisione elevatissima, tutte le particelle prodotte nell'interazione. L'evento del 2 Ottobre è appunto avvenuto in uno degli oltre 60000 bricks già installati nel rivelatore.

L'obiettivo scientifico dell'esperimento è d'interesse fondamentale per la Fisica delle Particelle Elementari, ma estremamente difficile da ottenersi. Tra alcune migliaia di queste particolari “foto di neutrini” si cercheranno alcuni eventi speciali che indichino l’interazione di un tipo di neutrino, detto neutrino-tau, non presente inizialmente nel fascio proveniente dal CERN che è formato solo da neutrini di tipo ‘mu’.

L'osservazione di pochi neutrini-tau tra un gran numero di convenzionali neutrini-mu sarà la prova a lungo cercata della trasformazione diretta di un tipo di neutrino in un altro: il cosiddetto meccanismo di oscillazione dei neutrini. La “sparizione” di neutrini di un certo tipo è stata già osservata da alcuni esperimenti negli ultimi 15 anni, ma “l'apparizione diretta” è ancora un tassello mancante del mosaico. OPERA è un esperimento progettato e realizzato da un folto gruppo di ricercatori, provenienti da Università e Istituti scientifici di Belgio, Bulgaria, Corea, Croazia, Francia, Germania, Giappone, Israele, Italia, Russia, Tunisia, Svizzera e Turchia, proprio con l'obiettivo principale di osservare direttamente l'apparizione dell'elusivo neutrino-tau dovuto al meccanismo d'oscillazione.

Il primo evento del 2 Ottobre è stato poi seguito da circa altri 10 eventi osservati nei giorni successivi. I bricks relativi a tali interazioni sono stati prontamente rimossi dall’apparato sperimentale e inviati ai vari laboratori della Collaborazione internazionale, equipaggiati con i microscopi automatici necessari per l'analisi di queste singolari fotografie e per la misura delle caratteristiche fisiche degli eventi. L'immagine ricostruita al computer di uno di tali eventi è mostrata nelle figura sottostante. Si possono osservare i particolari di una regione circostante il punto d'impatto del neutrino. Si tratta di volumi soltanto di pochi millimetri cubici, ma ricchi d'importantissime informazioni per i fisici di OPERA.

Questa è una tappa cruciale di un progetto che durerà ancora alcuni anni e che è stato voluto, realizzato e condotto grazie alle competenze di un gran numero di scienziati, tecnici, nonché col forte supporto dei vari attori: il CERN, l'INFN, il Giappone e le principali agenzie di finanziamento europee. In particolare in Italia oltre al supporto dell'INFN, i ricercatori coinvolti nel progetto afferiscono all'Università e Sezione INFN di Bari, all'Università e Sezione INFN di Bologna, ai Laboratori Nazionali INFN di Frascati, ai Laboratori Nazionale INFN del Gran Sasso, all'Università de L'Aquila, all'Università “Federico II” e Sezione INFN di Napoli, all'Università e Sezione INFN di Padova, all’Università “La Sapienza” e Sezione INFN di Roma, all'Università di Salerno.

Naturalmente, anche varie industrie specializzate in alta tecnologia hanno contribuito, provvedendo le attrezzature ed i dispositivi necessari per la realizzazione di un progetto così complesso. Il successo di questa fase iniziale dell’esperimento OPERA rappresenta un'ulteriore conferma che una forte cooperazione internazionale è un ingrediente necessario per rispondere alle sfide della moderna ricerca scientifica. Per il professor Eugenio Coccia, direttore dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell'Infn “questo risultato dimostra che i Laboratori Nazionali del Gran Sasso costituiscono un centro di ricerca di assoluto valore internazionale”.

Data articolo: novembre 2007

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Roberta Antolini
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