Un nuovo rivelatore volerà sull’Antartide per trovare le particelle “fantasma” a più alta energia nell’Universo

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Il ghiaccio dell’Antartide come rivelatore di particelle fantasma al via l’esperimento della Nasa che mira a svelare i misteri dell'Universo

Il ghiaccio dell’Antartide come rivelatore di particelle fantasma ad alta energia: al via l’esperimento della Nasa che mira a svelare i misteri dell’Universo. Il lavoro sarà guidato da un gruppo di ricerca internazionale con scienziati di 12 organizzazioni, guidato dall’Università di Chicago (Usa).

Un progetto da 20 milioni di dollari costruirà uno strumento per volare sopra l’Antartico in mongolfiera, con lancio nel dicembre 2024, e userà essenzialmente il ghiaccio come gigantesco rivelatore.

Gli scienziati cercano in particolare i neutrini, spesso chiamati “particelle fantasma” perché interagiscono molto raramente con la materia: trilioni di miliardi passano attraverso il nostro corpo ogni secondo in modo del tutto innocuo.

E, poiché possono percorrere enormi distanze senza essere distorti o deviati, i neutrini possono essere indizi unici su ciò che sta accadendo altrove nell’Universo, comprese le collisioni cosmiche, le galassie e i buchi neri in cui vengono creati.

Stiamo cercando i neutrini a più alta energia nell’Universo – spiega Abby Vieregg, a guida del progetto – Sono prodotti nei luoghi più energetici ed estremi del cosmo e offrono uno sguardo unico su questi luoghi. Trovarne uno o più potrebbe farci imparare cose completamente nuove sul cosmo […]. I neutrini sono un bel modo di guardare il cosmo, perché viaggiano senza ostacoli attraverso lo spazio. Possono venire da molto lontano e non vengono confusi lungo la strada, quindi indicano da dove sono venuti

Gli scienziati hanno rilevato in passato qualcuna di queste particelle provenienti dallo spazio esterno che entrano nell’atmosfera terrestre. Ma pensano ce ne siano molte altre là fuori che trasportano energie straordinariamente alte, di diversi ordini di grandezza superiori persino alle particelle accelerate al Large Hadron Collider, che non sono mai stati rilevati e che potrebbero raccontarci gli eventi più estremi dell’Universo.

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Ma, proprio per la loro estrema difficoltà di interazione, sarebbe necessario un enorme rivelatore per sperare di catturarne qualcuno. Il progetto ha quindi pensato di usarne uno esistente: l’enorme massa di ghiaccio dell’Antartide.

La calotta glaciale è perfetta: un blocco omogeneo, denso e radiotrasparente che si estende per milioni di chilometri quadrati – spiega ancora Vieregg –  È quasi come se l’avessimo progettato noi

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©Università di Chicago

Se uno di questi neutrini altamente energetici attraversa la Terra, esiste infatti la possibilità che si scontri con uno degli atomi all’interno della calotta glaciale antartica e che questa collisione produca onde radio in grado di attraversare il ghiaccio.

Ma perché tale segnale sia effettivamente “ascoltato” è necessaria un’attrezzatura progettata dall’uomo: gli scienziati costruiranno in particolare un rilevatore radio collegato a un pallone ad alta quota, che sarà lanciato dalla Nasa e viaggerà sull’Antartide a 120 mila piedi di altezza (più di 36 mila metri).

Il progetto innovativo è stato chiamato Pueo, acronimo di Payload for Ultrahigh Energy Observations (il nome è quello dell’unico gufo vivente originario delle Hawaii, dove è nato l’esperimento precedente a questo) e sarà parte della missione Anita, con sede presso l’Università delle Hawaii, che ha sorvolato l’Antartico a bordo di palloni della Nasa quattro volte tra il 2006 e il 2016 per cercare neutrini simili.

Il rivelatore di Pueo sarà però molto più potente, sfruttando la potenza di una tecnica chiamata interferometria, che combina segnali provenienti da più telescopi. Il progetto sarà quindi costellato di antenne radio e un sistema di acquisizione dati centrale unirà e analizzerà questi segnali per creare un segnale più forte, che risulterebbe un significativo balzo in avanti, perché aiuterebbe gli scienziati a discriminare i segnali importanti dal rumore che arriva da tutte le direzioni.

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©Christian Miki/Università delle Hawaii via Università di Chicago

Ci sono Terabyte di dati che entrano nel rivelatore ogni minuto e ci aspettiamo che al massimo pochi eventi su miliardi siano un neutrino – spiega Cosmin Deaconu, che sta lavorando al software di Pueo – Non è possibile scrivere tutti quei dati su disco, quindi dobbiamo progettare un programma per decidere molto rapidamente quali segnali conservare e quali scartare

Nei prossimi mesi, il team costruirà prototipi e finalizzerà il design. Una volta che il layout sarà definitivo, piccoli team presso le istituzioni di tutto il Paese costruiranno parti dello strumento, che verranno poi assemblate e testate presso l’Università di Chicago. Da lì, Pueo verrà spedito a una struttura della Nasa in Texas per i test finali prima di essere inviato alla stazione di lancio in Antartide.

In base alle condizioni meteorologiche, il rilevatore potrebbe volare per un mese o più, raccogliendo dati e ritrasmettendoli a terra, dove gli scienziati li esamineranno alla ricerca di prove del primo rilevamento di neutrini ad alta energia.

È un esperimento di ricerca, il che significa che nulla è garantito – precisa cauto Michael Garcia, responsabile del programma che finanzia il progetto – Ma tutti gli indizi dicono che c’è qualcosa là fuori da raccogliere e anche alcuni neutrini sarebbero una scoperta scientifica straordinaria

Non resta che attendere dicembre 2024.

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Fonte: Università di Chicago

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Roberta De Carolis ha una laurea e un dottorato in Chimica, e ha conseguito un Master in comunicazione scientifica. Giornalista pubblicista, scrive per GreenMe dal 2010.

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