In questi ultimi giorni si è parlato molto dell’esperimento SoX e dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso. SoX è stato investito prima dal clamore suscitato da un becero servizio trasmesso dalle Iene e poi da una mozione del Movimento 5 Stelle approvata all’unanimità dal Consiglio Regionale abruzzese per cercare di fermarlo, una cosa che, va precisato, non è ancora né decisa né scontata. In tutto questo parlare, non si è detto però di cosa è SoX, di come funziona e della Fisica che vuole studiare… e allora iniziamo!
SoX che cos’è?
È un esperimento che vuole studiare le caratteristiche dei neutrini, particelle elementari neutre e molto leggere che appartengono cioè alla stessa “famiglia” degli elettroni (i leptoni), e interagiscono solo attraverso l’interazione gravitazionale e quella nucleare debole (e non attraverso la nucleare forte). Ne esistono di tre tipi “e”, “mu” e “tau”, a seconda che siano prodotti in associazione con un elettrone, un muone o un leptone tau. Mentre viaggiano, i neutrini possono trasformarsi da un tipo all’altro, in un processo chiamato “oscillazione”. L’oscillazione dei neutrini è stata verificata sperimentalmente in molti ambiti: con neutrini di origine solare, con quelli prodotti nell’alta atmosfera, con quelli dei reattori nucleari e, infine, con fasci di neutrini appositamente creati agli acceleratori. Ci sono tuttavia delle anomalie. Nel 1996 l’esperimento LSND rivelò una piccola anomalia nel numero di neutrini misurati rispetto alle previsioni, anomalia mai del tutto confermata o smentita da altri esperimenti, che danno risultati contrastanti e difficili da interpretare. Questa anomalia potrebbe spiegarsi con l’esistenza di un quarto tipo di neutrino, così detto “sterile”, oltre ai tre che già conosciamo. Dalle indicazioni dei precedenti esperimenti, questo neutrino, se esiste, manifesta le sue oscillazioni su distanze molto piccole e qui entra in gioco SoX.
Probabilità che un neutrino “e” non si trasformi (linea nera), si trasformi in un “mu” (linea blu) o in un “tau” (linea rossa), in funzione del rapporto tra la distanza percorsa e l’energia del neutrino
SoX com’è?
SoX riutilizza il detector dell’esperimento Borexino, un enorme pallone pieno di un olio minerale (lo pseudocumene) e circondato di fototubi, rivelatori in grado di misurare la luce. Lo pseudocumene è abbastanza denso, in modo da aumentare la massa del rivelatore e quindi la probabilità di interazione dei neutrini. Quando questa avviene, si manifesta come un lampo di luce che viene “letto” dai fototubi. Poiché le interazioni dei neutrini sono rare, bisogna limitare l’intensità della radiazione ambientale, principalmente di origine cosmica, che altrimenti “accecherebbe” l’esperimento. Per questo, il tutto si trova nei Laboratori del Gran Sasso, sotto diversi chilometri di roccia che servono da schermo. I neutrini che SoX vuole studiare provengono da una sorgente di Cerio-144 ad alta attività, posta in un pozzo in cemento armato 8,25m sotto il centro dell’esperimento. Il Cerio-144 decade naturalmente emettendo neutrini (decadimento beta) con una vita media di 285 giorni. I neutrini emessi dal Cerio oscillano e la distanza molto ravvicinata con il detector fa sì che, se il neutrino sterile esiste, si riusciranno a vedere all’interno del detector i massimi e i minimi del fenomeno oscillatorio (che è modulato come una funzione sin²). Quindi molte interazioni in un punto a una certa distanza dalla sorgente, poi poche allontanandosi, poi allontanandosi ulteriormente tornano a essere molte, poi poche, …
L’interno dell’esperimento Borexino durante il riempimento con lo pseudocumene
Ma perché ci interessa così tanto il neutrino “sterile”?
Il fatto che il neutrino oscilli implica che abbia massa. Nel Modello Standard i neutrini hanno massa zero. Per riuscire a spiegare la massa del neutrino si può ricorrere a due meccanismi alternativi, o ipotizzare che il neutrino sia l’antiparticella di sé stessa, sia cioè una particella di Majorana, oppure che esista un quarto tipo di neutrino. Questo nuovo neutrino non interagisce con le altre particelle del Modello Standard se non attraverso la sua massa (quindi per via gravitazionale o attraverso l’oscillazione). Questo fatto di essere “sterile” deriva dalle caratteristiche dell’interazione debole ed è stata verificata da misure di altissima precisione al LEP (l’acceleratore del CERN attivo negli anni ’90), che ha confermato che i neutrini che interagiscono attraverso la forza debole sono solo tre. La scoperta di un neutrino “sterile” sarebbe il primo segnale dell’esistenza di particelle oltre il Modello Standard.
Risultati delle misure dei 4 esperimenti di LEP sul numero di neutrini interagenti. Come si vede l’ipotesi di 3 neutrini (3ν) descrive perfettamente i dati. Image Credit: Fermilab
E ora SoX si farà?
Buona domanda, spero di sì, anche se le molte iniziative a furor di popolo (era, anche in questo caso, voce di Dio?) e la recente mozione di cui parlavo prima rischiano per lo meno di ritardare fortemente l’esperimento. Non voglio entrare qui in una lunga disamina del servizio delle Iene (che trovate qui), ma vorrei toccare alcuni semplici punti:
-
SoX e Fukushima non c’entrano nulla tra di loro. SoX utilizza una polvere radioattiva che sta lì ferma e decade per i fatti suoi. Come quando andate sulle Dolomiti, c’è il granito che è radioattivo e decade per i fatti suoi, senza che nessuno faccia nulla. In una centrale nucleare è diverso, lì si bombardano barre di uranio con neutroni per indurre la fissione nucleare. Quindi SoX non può esplodere. Proprio non può, come non può esplodere un sasso. Per amor di verità anche in una centrale nucleare le possibili esplosioni non sono esplosioni nucleari (come spesso si legge) ma esplosioni di vapore e idrogeno, al massimo.
-
La sorgente di Cerio-144 è sigillata in un contenitore di tungsteno da 2,4 tonnellate spesso 19 cm. Con quello spessore (ho provato a fare un po’ di calcoli) fuori non esce nulla della radioattività che c’è dentro. Nulla. Solo i neutrini. La scatola resiste a incendi fino a 1500°C, esplosioni e quanto altro. Dire che qualcuno potrebbe rubarla mi sembra difficile… le spostate voi due tonnellate di roba? E poi gli ospedali sono zeppi di sorgenti sigillate molto peggio (si chiama radioterapia, se sono perfettamente sigillate non servono), più leggere e peggio sorvegliate. Non so se sapete che il peggior incidente nucleare in ambito civile al di fuori di una centrale è stato dovuto al furto e alla manomissione di una sorgente per radioterapia (incidente di Goiania, in Brasile, quarto incidente in assoluto per gravità)
-
Dire che un esperimento è “radioattivo” è come dire che l’acqua è bagnata. Tutto è radioattivo. Noi siamo radioattivi. Ogni anno noi assorbiamo radiazioni da una moltitudine di fonti, per lo più naturali. Fatta 100 la dose radioattiva assorbita mediamente da un italiano in un anno (fonte ISPRA), il 58% proviene dalla Terra (inalazione di gas Radon + radiazione diretta), il 26% dagli esami di radiodiagnostica effettuati (ovviamente è una media sulla popolazione), il 9% dai raggi cosmici e il 7% da quello che mangiamo. In particolare fate attenzione alle banane che sono ricche di potassio che ha un isotopo (il 40) notoriamente radioattivo. E poiché il potassio è alla base del funzionamento del nostro sistema nervoso il fatto è che per eliminare questa dose radioattiva basterebbe essere senza cervello. Cosa che a molti riesce bene.
