Dicembre 23, 2024 a 9: 00 am
Dispiegare un telescopio nello spazio è una cosa. Realizzarne due in profondità sotto il mare è un compito a sé stante.
Su una nave che galleggia nel Mar Mediterraneo, i fisici – in genere non noti per le loro gambe in mare – affrontano viaggi di una settimana e acque agitate, lavorando tutto il giorno per dispiegare i rivelatori dei telescopi.
I telescopi sono progettati per rilevare non la luce, ma i neutrini. Queste particelle subatomiche vengono vomitate ad alte energie da misteriosi regni non identificati dello spazio. Ma tali neutrini ad alta energia sono così rari, e così furtivi, che i rivelatori che li studiano devono essere enormi. Così gli scienziati stanno attrezzando un chilometro cubo del Mediterraneo con dispositivi di raccolta della luce progettati per catturarli.
“È strano se ci pensi. Vogliamo fare astronomia, e per guardare l’universo abbiamo messo un telescopio sott’acqua”, dice il fisico Simone Biagi dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare di Catania, in Italia.
Questo telescopio per neutrini per chilometri cubi, o KM3NeT, è costituito da due telescopi costituiti da palline di vetro disposte su cavi verticali. Ogni filo penzola nell’acqua come una collana di perle lunga fino a 700 metri. Ogni pallina, una sfera resistente alla pressione larga 44 centimetri, contiene 31 tubi fotomoltiplicatori che rilevano la luce generata quando i neutrini si schiantano nell’acqua di mare.
I ricercatori distribuiscono i rilevatori in una campagna di un mese all’anno. Alla fine dell’ultima campagna, nell’ottobre 2024, i telescopi vantavano 57 filamenti. Alla fine, centinaia di questi cavi ondeggeranno nelle correnti, a pochi chilometri sotto la superficie al largo delle coste della Sicilia e del sud della Francia. “È davvero come una foresta, una foresta sottomarina nel nero totale, perché siamo nell’abisso”, dice il fisico astroparticellare Daniele Vivolo dell’Università della Campania “Luigi Vanvitelli” in Italia.
Il telescopio siciliano è progettato per studiare i neutrini ad alta energia provenienti dallo spazio. Quella francese studierà i neutrini provenienti dall’atmosfera per capire come oscillano, o passano da un tipo di neutrino all’altro (SN: 10/6/15). Il concetto è simile all’osservatorio di neutrini IceCube al Polo Sud, che cerca lampi di luce nel ghiaccio, piuttosto che nell’acqua (SN: 29/06/23). I ricercatori stanno già utilizzando i telescopi parzialmente completati per la scienza, ad esempio, cercando gli effetti della gravità quantistica sui neutrini e misurando le oscillazioni dei neutrini.
Durante le campagne di schieramento, gli scienziati devono essere al top del loro gioco. Ogni secondo sulla nave costa circa 1 dollaro, dice Biagi. “Se perdi un’ora a fare cose stupide, questo ha un impatto sui costi”. Stanchi per aver dormito nelle ore strane, forse con il mal di mare, devono prendere decisioni critiche se qualcosa va storto, che si tratti di dispositivi o di condizioni meteorologiche sfavorevoli.
Una gru sulla nave abbassa lentamente ogni filo, avvolto all’interno di una struttura di varo larga 2,5 metri, sul fondo del mare. Un veicolo sommergibile telecomandato si immerge per effettuare i collegamenti e ispezionare l’attrezzatura. Con una trazione di una maniglia da parte del sommergibile, il filo inizia a dispiegarsi. Una boa fa galleggiare il filo verso l’alto e il dispositivo gira per rilasciare le palline, come un’apertura di fronde di felce.
Tornati a terra, altri ricercatori controllano le prestazioni del dispositivo. Eventuali problemi devono essere affrontati immediatamente. Una volta piantato un filo nella foresta, non c’è bisogno di regolare le viti o armeggiare con le connessioni. “È come mandare qualcosa sulla luna”, dice Biagi. Tutto deve essere perfettamente funzionante fin dall’inizio. (Un’analogia, a quanto pare, non è sufficiente. Il telescopio è come una foresta, e una collana di perle, e foglie di felce, e la luna.)
“In genere, i fisici trovano modi creativi per rispondere a domande complicate”, afferma Biagi. Questa ricerca ha portato i fisici in altri luoghi strani, come il polo sud o le miniere sotterranee. La vita nel Mediterraneo non è poi così male in confronto. Tramonti e bellissime spiagge fanno parte del territorio, e non c’è nulla di cui lamentarsi.
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La collaborazione KM3NeT et al. Misura dei parametri di oscillazione dei neutrini con le prime sei unità di rivelazione di KM3NeT/ORCA. Giornale di fisica delle alte energie. Pubblicato online il 29 ottobre 2024. doi: 10.1007/JHEP10(2024)206.
S. Aiello et al. Ricerca della decoerenza quantistica nelle oscillazioni dei neutrini con sei unità di rivelazione di KM3NeT/ORCA. arXiv.org. Pubblicato il 2 ottobre 2024. DOI: 10.48550/arXiv.2410.01388.