La ragnatela neutrinica è pronta. Gli scienziati del Laboratorio Nazionale del Gran Sasso dell'Infn (Istituto nazionale di fisica sub-nucleare) e i ricercatori di tutto il mondo, sono entusiasti.

Dopo anni di preparazione e investimenti, parte finalmente l'esperimento Borexino, la sfera scintillante pronta a catturare i neutrini, "messaggeri" invisibili del Sole. Ha iniziato a prendere dati l'originale esperimento nelle grandi sale sotterranee del Gran Sasso: tre gigantesche sfere, una di acciaio e due di nylon, riempite di un idrocarburo e di un liquido scintillante, riusciranno ad osservare gli sfuggenti neutrini a bassa energia provenienti dal Sole.

"Si aspettano segnali che permettano di capire, tra l'altro, se davvero la nostra stella funziona come crediamo"- afferma il dott. Giampaolo Bellini. In pratica i neutrini solari passano attraverso le sue tre sfere concentriche collocate in una delle sale dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell'Infn (Lngs).

"Lo scopo è quello di studiare questi neutrini per capire meglio sia come funziona la materia a livello dei suoi costituenti elementari, sia come funziona il cosmo intorno a noi. In particolare, se davvero il meccanismo che fa splendere il Sole è proprio quello immaginato dai fisici in questi ultimi decenni". Borexino continuerà la sua presa dati per almeno 10 anni, la durata di un ciclo della vita solare. Ma già il prossimo settembre i ricercatori contano di presentare alcuni risultati preliminari.

L'esperimento, a cui lavorano circa 100 persone tra fisici, ingegneri e tecnici, è il più economico tra gli esperimenti di rivelazione dei neutrini solari. "Numerosi sono i partner internazionali del progetto, la cui leadership è italiana - afferma Eugenio Coccia, direttore del Lngs-Infn - oltre alle sezioni Infn di Milano, Genova, Perugia e ai Laboratori del Gran Sasso vi partecipano la Technische Universität di Monaco, il Max Planck Institut di Heidelberg, l'APC francese, la Jagellonian University di Cracovia, il JINR di Dubna e il Kurchatov Institute di Mosca e infine gli statunitensi della Princeton University e del Virginia Polytechnical Institute.

L'esperimento visto dall'esterno appare come una cupola di sedici metri di diametro al cui interno si trova una sorta di "matryoska", una di quelle bambole russe che entrano l'una nell'altra. Dentro la cupola infatti vi è un volume di 2.400 tonnellate di acqua che serve come primo schermo per filtrare le particelle di alta energia provenienti dal cosmo, che non interessano i ricercatori.

All'interno del volume dell'acqua si trova una sfera di acciaio che contiene, nella parte interna 2.200 fotomoltiplicatori, cioè apparati che possono registrare la presenza di lampi di luce provocati dai neutrini.Proseguendo il nostro viaggio all'interno di Borexino, vedremmo contenuto in una sfera di nylon speciale, una enorme quantità, mille tonnellate, di pseudocumene, un idrocarburo, utilizzato per schermare la parte sensibile dell'esperimento.

Infine, il cuore ultimo di Borexino contiene 300 tonnellate di liquido scintillante. Il funzionamento assomiglia a quello di un vecchio flipper: quando i neutrini si "scontrano"con gli elettroni dello scintillatore trasferiscono loro parte dell'energia incidente, provocando un lampo luminoso nel liquido. Questi lampi vengono visti dai fotomoltiplicatori grazie alla trasparenza delle sfere interne. L'apparato consente di misurare l'energia dei neutrini incidenti. Ringraziamo per la collaborazione la dott.ssa Roberta Antolini, responsabile relazioni esterne dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso e il dott. Giampaolo Bellini, portavoce dell'esperimento Borexino.

In sintesi:

• L'esperimento Borexino è costituto da tre sfere concentriche
• Serve per vedere i neutrini a bassa energia che arrivano dal Sole
• Contiene 300 tonnellate di liquido scintillante, 1000 tonnellate di pseudocumene e 2.400 tonnellate di acqua ultrapura.
• Funzionerà per 10 anni, un ciclo della vita solare.
• E' il più economico tra gli esperimenti i rivelazione dei neutrini solari.
• Ha iniziato a prendere dati in una delle sale sotterranee dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare.

Le reazioni nucleari che avvengono nel sole producono una grande quantità di neutrini, detti appunto solari. Il sole è una sorgente potente di neutrini, se si pensa che circa 6 X 1010 (cioè 60.000.000.000) neutrini solari al secondo incidono su un cm2 della superficie terrestre. Questi neutrini hanno però mediamente un' energia più bassa di quelli atmosferici e sono ancora più difficili da rivelare. L'esperimento Borexino è finalizzato proprio alla rivelazione di neutrini solari, in particolare quelli prodotti dalle reazioni del Berillio-7, che hanno un'energia intorno agli 862 kev. Ben al di sotto di 5.000 keV, soglia mai oltrepassata fino ad oggi dagli esprimenti di rivelazione in tempo reale dei neutrini. Il neutrino, però, interagisce molto debolmente con la materia, essendo del tutto insensibile all'interazione elettromagnetica e a quella nucleare forte e rispondendo solo all'interazione nucleare debole. L'interazione dei neutrini è allora un evento incredibilmente improbabile dal punto di vista statistico e per osservarlo è necessario disporre di un rivelatore molto grande, costituito da diverse tonnellate, in modo da rendere la probabilità di interazione dei neutrini tale da poter misurare alcuni eventi al giorno.

Il Gran Sasso: uno schermo potente per la radiazione naturale e i raggi cosmici

Altre particelle provenienti dal cosmo o le naturali radiazioni ambientali, nonché la radioattività degli stessi materiali che costituiscono il rivelatore, possono indurre dei segnali spuri. Il rumore prodotto da questo fondo, in effetti, se non venisse schermato, sarebbe un miliardo di volte maggiore del segnale dei neutrini. Il Gran Sasso fornisce un primo schermo naturale di 1,4 km di roccia, che assorbe efficacemente la gran parte dei raggi cosmici. Ciò che resta sono per lo più muoni ad alta energia schermati dalle 2400 tonnellate di acqua che costituiscono lo strato più esterno dell'esperimento. La radioattività ambientale è ulteriormente schermata da 1000 tonnellate di pseudocumene, che riempiono la sfera centrale e racchiudono il liquido scintillante, mentre sofisticate tecniche di radiopurificazione sono state sviluppate per ridurre la radioattività del cuore dell'esperimento, raggiungendo un livello radioattivo un milione di volte più basso di quello di qualsiasi liquido normalmente utilizzato.

Conoscere il funzionamento del Sole e i costituenti elementari della materia

Il successo di Borexino è di aver abbassato così efficacemente la soglia del rumore di fondo da rendere visibili neutrini con energia fino a 250 kev. Questo consente di rivelare e studiare una percentuale del potente flusso di neutrini proveniente dal Sole, assai maggiore di quella fino ad oggi "vista" da ogni altro esperimento effettuato in tempo reale. D'altra parte lo studio delle proprietà del neutrino apre la strada a importanti revisioni e nuove conquiste delle teorie fisiche attuali. La scoperta della massa del neutrino e delle oscillazioni tra neutrini di differenti "flavour" (o "sapori", come dicono i fisici italiani), oltre ad avere importanti implicazioni cosmologiche offre indicazioni preziose per nuove teorie fisiche (quello che gli scienziati chiamano la fisica oltre il Modello Standard). Borexino darà quindi la possibilità di aggiungere nuovi dati per approfondire lo studio di questo scenario. La rivelazione di neutrini a queste energie offrirà inoltre un test estremamente preciso dei modelli astrofisici del sole. Infine, Borexino consentirà di studiare anche gli antineutrini provenienti dalle Supernove e quelli emessi dall'attività radioattiva all'interno della Terra (geoneutrini).