Cosa possiamo imparare dai neutrini?

In questa pagina descriviamo a cosa stanno lavorando i ricercatori dell’INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), nelle Sezioni di Bari, Bologna, Catania, Genova, Napoli e Salerno, Roma e Pisa e i Laboratori Nazionali di Frascati e del Sud (Catania), assieme alle Università collegate, in KM3NeT.

Hai altre domande? Non esitare a chiedere!

– Osservare il cielo in modalità multi-messaggero

Per secoli abbiamo osservato e cercato di capire il cielo attraverso la luce. Il fatto di poterlo osservare anche con neutrini od onde gravitazionali, ad esempio, è cosa molto recente! Una delle principali linee di ricerca nell’astrofisica moderna è quella di rilevare lo stesso fenomeno che si sta svolgendo nell’universo grazie a diversi messaggeri: ad esempio luce + onde gravitazionali + neutrini! Ciò consente di vedere e quindi comprendere tutti gli aspetti e le caratteristiche di un fenomeno.

È come se potessi avere diverse paia di occhiali che ti mostrano diversi dettagli del paesaggio: con una coppia puoi vedere solo i fiori vicino a te, con altri puoi guardare in lontananza. Solo se usi entrambi puoi vedere tutto!

– Pronti per la prossima esplosione di Supernova?

Le esplosioni di supernove, di breve durata ma estremamente luminose, avvengono alla morte di enormi stelle (molto più pesanti del nostro Sole!). Sebbene queste osservazioni siano ora eseguite abitualmente con la luce, le caratteristiche specifiche del collasso gravitazionale possono essere studiate solo mediante i neutrini.

Utilizzando simulazioni numeriche all’avanguardia e sviluppi teorici, stiamo esplorando il potenziale dei nuovi moduli ottici di KM3NeT nel rilevare supernove vicine. L’arrivo di un simile evento vicino a noi (vale a dire nella nostra galassia o in una di quelle più vicine) succede molto raramente, in media una volta ogni 30 anni. L’ultima è avvenuta nel 1987, ed è essenziale essere pronti per la prossima! Non stiamo solo lavorando per preparare il rivelatore a vedere le interazioni dei neutrini a bassa energia, ma anche per capire come i numeri e l’energia dei neutrini rilevati possano dirci di più su ciò che è accaduto nel cuore dell’esplosione.

– Il mistero dell’oscillazione del neutrino

Abbiamo già appreso che i neutrini hanno sapori diversi e che questo sapore potrebbe cambiare nel tempo. Sebbene ormai abbiamo ampia evidenza di questo fenomeno, l’oscillazione del neutrino, dobbiamo ancora effettuare misurazioni precise per comprenderlo completamente. La geometria dell’apparato di KM3NeT / ORCA è stata studiata per permetterci di identificare il sapore dei neutrini e quindi di poter contare quanti neutrini di ciascun sapore sono stati rilevati, di che energia e provenienti da quale direzione. Conoscendo il numero di neutrini di ciascun sapore prodotto nell’atmosfera, possiamo quindi dedurre come si sono trasformati durante il loro viaggio fino ad ORCA! Vedremo più neutrini muonici che neutrini tauonici? In che modo questa trasformazione varia con l’energia del neutrino? Le risposte a queste domande ci consentiranno di comprendere appieno il fenomeno delle oscillazioni.

– Tomografia della Terra!

Il fenomeno dell’oscillazione del sapore dei neutrini atmosferici che attraversano la Terra è influenzato dalla densità e dalla composizione della materia che incontrano lungo il loro percorso. Pertanto cerchiamo di valutare e sviluppare il potenziale della tomografia a neutrini atmosferici come metodo innovativo per studiare la composizione della Terra.
Per capire come i neutrini rilevati da KM3NeT saranno influenzati dai cambiamenti nella composizione degli strati interni della Terra, utilizziamo simulazioni molto avanzate tra cui:
– la produzione di neutrini atmosferici nella gamma di energia a cui siamo interessati;
– la propagazione di questi neutrini attraverso la Terra, tenendo conto di tutti gli effetti di oscillazione;
– il rilevamento di neutrini in ORCA e la ricostruzione della loro energia e direzione di arrivo sulla base delle informazioni (ad esempio la quantità di luce) raccolte nel rivelatore.
Una volta rilevati i nostri neutrini, confronteremo i dati con i risultati delle simulazioni e saremo in grado di determinare la composizione più probabile della nostra Terra!