Cos’è il neutrino che in Sicilia ha innescato la “luce blu”, il fenomeno rilevato al largo di Portopalo

Un neutrino cosmico ad altissima energia, il più energetico di qualsiasi altro neutrino mai rilevato finora con un energia stimata di 220 milioni di miliardi di elettronvolt (220 PeV), è stato individuato in Sicilia, al largo di Portopalo di Capo Passero, dove ha innescato la “luce blu”, un fenomeno che non è sfuggito ad Arca, uno dei due rilevatori del Cubic Kilometre Neutrino Telescope (KM3NeT), il telescopio per neutrini in acque profonde nel Mar Mediterraneo.

Lo straordinario evento, denominato KM3-230213A perché si è verificato il 13 febbraio 2023 – per l’esattezza, quando erano le 2:16 di notte in Italia – ha prodotto una cascata di eventi, innescando il fenomeno della “luce blu”, noto anche come effetto Čerenkov, il bagliore che viene emesso quando particelle cariche attraversano un mezzo come l’acqua a una velocità superiore a quella della luce nel mezzo stesso.

Il neutrino da record sulla copertina di Nature

L’evento è stato dettagliato in uno studio appena pubblicato sulla rivista Nature, che ha dedicato la copertina del numero di questa settimana. In primo piano è mostrato il rilevatore Arca, che rileva i neutrini ad alta energia, un tipo di particelle sub-atomiche che si pensa possano provenire dalle zone più remote dell’Universo: secondo gli scienziati, il neutrino dell’evento del 13 febbraio avrebbe attraversato il Mediterraneo, tra il Canale di Sicilia e lo Ionio, diretto verso la Grecia, sebbene il segnale identificato da Arca fosse quello di un muone, un altro tipo di particella elementare che si sarebbe formata da un’interazione del neutrino in prossimità del rilevatore.

La copertina di Nature dedicata al “cosmic catcher”, il rilevatore di neutrini Arca situato a 4.450 metri di profondità nel Canale di Sicilia, al largo di Portopalo di Capo Passero

“Sono state l’inclinazione della sua traiettoria – quasi orizzontale rispetto alla superficie del mare, appena 0.6 gradi sopra l’orizzonte – e la sua enorme energia – stimata attorno ai 120 petaelettronvolt (PeV) – a consentire ai ricercatori di Km3NeT di stabilire con certezza che il muone abbia avuto origine da un neutrino cosmico, un neutrino di energia più elevata, di addirittura 220 PeV” ha spiegato la dottoressa Rosa Coniglione, ricercatrice dell’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn) e portavoce di KM3NeT al momento del rilevamento.

Cosa sappiamo del neutrino KM3-230213A rilevato in Sicilia

Il neutrino da record rilevato in Sicilia (KM3-230213A) è un tipo di particella sub-atomica ad alta energia che arriva sulla Terra dalle zone più remote del cosmo. Queste particelle non hanno quasi massa e possono attraversare gli ambienti più estremi, come i pianeti e intere galassie, mantenendo intatta la loro struttura. “I neutrini sono tra le particelle elementari più misteriose – ha aggiunto Coniglione – . Sono speciali messaggeri cosmici, che ci forniscono informazioni uniche sui meccanismi coinvolti nei fenomeni più energetici e ci consentono di esplorare gli angoli più remoti dell’Universo”

I neutrini sono inafferrabili ma, quando interagiscono con altre particelle, possono essere individuati, come nel caso del neutrino ultra-energetico rilevato in Sicilia. “Attraversando l’acqua di mare del tratto di Mediterraneo fra il Canale di Sicilia e lo Ionio a una velocità maggiore di quella che avrebbe la luce nello stesso mezzo, ha innescato – per un fenomeno noto come effetto Cherenkov, sfruttato da tutti i più grandi rivelatori di neutrini nel mondo – la produzione di un cono di fotoni, la “luce blu” rilevata dai fotomoltiplicatori di Arca”.

Durante l’evento, i fotoni rilevati sono stati ben 28.086, che hanno permesso ai ricercatori di ricostruire a ritroso la cascata di eventi che li ha generati, fino ad arrivare al neutrino. Non è però ancora stato possibile risalire all’esatta origine della particella, che potrebbe essersi formata dall’interazione dei raggi cosmici ultra energetici con la radiazione e la materia incontrata durante la propagazione nell’universo, in particolare, con la radiazione cosmica di fondo.

Il rilevamento anche di un singolo neutrino ad alta energia può comunque fornire informazioni importanti su questi processi, fornendo indizi su come e dove avvengono. “Il neutrino potrebbe aver avuto origine in un acceleratore cosmico diverso da quelli dei neutrini a energia inferiore, oppure questa potrebbe essere la prima rilevazione di un neutrino cosmogenico – hanno suggerito gli studiosi, ritenendo che possa essere il risultato di “interazioni di raggi cosmici ad energia ultra elevata con fotoni di fondo nell’Universo”.