La mattina dello scorso 18 novembre è stata inaugurata a La Seyne-sur-Mer, vicino Tolone, la stazione Antares: un pionieristico rivelatore di neutrini cosmici di alta energia frutto di una collaborazione internazionale che vede coinvolti ricercatori italiani dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn) e ricercatori francesi, tedeschi, olandesi, inglesi, spagnoli e russi. Alla cerimonia interverranno Claudie Haigneré, ministro delegato alla Ricerca e alle Nuove Tecnologie, Guido Possa, vice ministro dell'Istruzione, dell’Università e della Ricerca, ed Enzo Iarocci, presidente dell'Infn.

Il progetto Antares (Astronomy with a Neutrino Telescope and Abyss Environmental RESearch) è iniziato sette anni fa con l’obiettivo di costruire un apparato per rivelare neutrini cosmici di altissima energia. I neutrini sono le particelle più abbondanti nell'universo dopo i fotoni e la Terra ne è ininterrottamente bersagliata: basti pensare che in un secondo attraverso la punta di un dito ne passano ben 60 miliardi! Tuttavia essi sono estremamente difficili da rivelare, perché interagiscono solo debolmente con la materia che attraversano e dunque lasciano rarissime tracce del proprio passaggio. Di conseguenza, per studiare i neutrini di origine cosmica occorre innanzitutto utilizzare rivelatori posti in ambienti schermati dal “rumore di fondo” prodotto dalla pioggia di altre particelle provenienti dallo Spazio che investono il nostro pianeta. I luoghi ideali sono dunque le viscere delle montagne (come il Laboratorio del Gran Sasso dell'Infn, posto sotto 1400 metri di roccia e particolarmente adatto per lo studio dei neutrini di bassa energia) o gli abissi marini.

“Antares è allestito a 50 chilometri dalle coste francesi, a una profondità di circa 2.400 metri. L'apparato si avvale di un lungo cavo sottomarino che collega la sala di controllo dell'esperimento, collocata a terra, a una vasta rete di 1.000 sensori subacquei. Quest'ultima, quando sarà completata entro 2-3 anni, permetterà di tenere sotto osservazione un volume d'acqua di 35 milioni di metri cubi”, spiega Carlo De Marzo, il fisico italiano che coordina gli oltre 40 ricercatori dell'Infn coinvolti in Antares, “una piccolissima percentuale dei neutrini che attraversano la Terra interagisce con l'acqua delimitata dai sensori sottomarini, producendo particelle secondarie dette muoni. I muoni si propagano nell'acqua a una velocità superiore a quella che la luce ha in tale mezzo e, per un meccanismo fisico noto come effetto Cerenkov, generano un debole bagliore di luce lungo la loro traiettoria, la quale viene amplificata da un sistema di fotomoltiplicatori e quindi registrata dai rivelatori”. Nell’aprile del 2003 le apparecchiature di Antares hanno cominciato a raccogliere dati e a trasmetterli a terra: un evento che ha rappresentato un primo grande successo per il telescopio sottomarino. In seguito queste apparecchiature sono state parzialmente recuperate per le necessarie ispezioni. L’esperienza acquisita con la prima raccolta di dati è stata messa a frutto per migliorare il progetto, che viene ora inaugurato ufficialmente.

Le ricadute scientifiche e tecnologiche che la astronomia dei neutrini effettuata con rivelatori sottomarini promette per il futuro sono notevoli. Quasi tutte le informazioni che abbiamo sull'universo derivano dall'osservazione delle onde elettromagnetiche che provengono dagli strati esterni dei corpi celesti, ma quasi nessuna informazione ci giunge dal loro interno. I neutrini invece hanno una bassissima probabilità di venire assorbiti dalla materia e dunque possono arrivare indisturbati direttamente dal cuore delle sorgenti. Possono così essere chiarite la struttura e il funzionamento di stelle di neutroni, buchi neri, nuclei galattici attivi o altri oggetti di interesse astrofisico, compreso lo stesso centro della Via Lattea. Inoltre la necessità di realizzare i rivelatori in ambienti del pianeta schermati il più possibile dai rumori di fondo, quali gli abissi marini, impone lo sviluppo di nuove tecnologie o il miglioramento di quelle esistenti: dagli apparati di trasmissione via cavo di grandi masse di dati all'hardware e al software necessari per la loro gestione e analisi, dai robot impiegati per la messa in opera e la connessione delle strutture sul fondo marino ai sistemi di controllo remoto.

In un primo tempo si calcola che grazie ad Antares sarà possibile osservare circa 2000 neutrini all’anno, per la maggior parte prodotti da interazioni fra i raggi cosmici e l’atmosfera terrestre. Il loro studio permetterà di approfondire le conoscenze sulle proprietà fondamentali di queste particelle e ciò rappresenterà un primo importante risultato per la fisica (nel frattempo, la stazione funzionerà anche da osservatorio sottomarino multidisciplinare, accogliendo fra l'altro sonde di temperatura e salinità, correntometri, rivelatori di bioluminescenza e sismografi). “Per rispondere a domande di più ampio respiro, ad esempio per tracciare una mappa dettagliata delle principali sorgenti cosmiche di neutrini ad alta energia, sarà tuttavia necessario uno strumento più importante.

Antares rappresenta quindi una tappa fondamentale verso la realizzazione quest'ultimo. Il super telescopio che verrà dopo Antares coprirà un volume di oltre 1 chilometro cubo e dovrebbe essere realizzato in Italia, al largo delle coste siciliane, da una costituenda collaborazione internazionale che opererà presso i Laboratori Nazionali del Sud dell'Infn. Presso questi laboratori è già stata realizzata una stazione di prova situata a 25 chilometri al largo del porto di Catania, a circa 2.000 metri di profondità. Qui sono sottoposte a verifica componenti e tecnologie per la costruzione del futuro telescopio per neutrini, chiamato progetto Nemo. Questo strumento potrà osservare principalmente i neutrini provenienti dall'emisfero australe, ma sarà affiancato nelle sue ricerche da un rivelatore sottomarino americano, che coprirà invece l'emisfero boreale: è il telescopio Icecube, di cui esiste già il primo nucleo, Amanda, affondato nei ghiacci antartici”, spiega Emilio Migneco, direttore dei Laboratori Nazionali del Sud.

In collaborazione con l' Istituto nazionale di fisica nucleare