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L'esperimento SOX: informarsi contro paure infondate e allarmismi - Catawelt

L’esperimento SOX: informarsi contro paure infondate e allarmismi Prendendo spunto da un caso di disinformazione scientifica ed allarmismo mediatico, diamo uno sguardo riassuntivo alla fisica dei neutrini

La vicenda mediatica scatenata dalla campagna ambientalista contro l’esperimento SOX (Short Distance neutrino Oscillations with boreXino), la cui realizzazione nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso d’Abruzzo era pianificata per i prossimi mesi, ha assunto rilevanza sempre maggiore, specie dopo il servizio della trasmissione televisiva Le Iene, andato in onda il 21 novembre ed intitolato “Un pericoloso esperimento nucleare tenuto nascosto”. Come già hanno avuto l’opportunità di chiarire molti articoli a riguardo, la segretezza dell’esperimento è pura invenzione: esiste un sito dedicato in inglese, oltre ad uno in italiano riguardante il rivelatore Borexino, già in uso dal 2007, che verrebbe impiegato anche da SOX.

Anche le paventate ipotesi di un pericolo ambientale sono irreali: la sorgente principale è costituita da cerio-144, un isotopo con emivita di circa 280 giorni che decade emettendo elettroni beta ed antineutrini. Non è un isotopo fissile, non è plausibile il suo impiego per nessuno scopo bellico e non è a rischio di reazioni a catena, come i più noti uranio-235 e plutonio-239. Il materiale radioattivo è incapsulato in un contenitore in tungsteno e ferro, spesso 19 cm e pesante due tonnellate, che scherma tutte le radiazioni ionizzanti e possibilmente dannose, lasciando passare solo gli antineutrini: qualsiasi scenario catastrofico, che contempli la rottura del contenitore, comporterebbe di per sé danni di tale entità da rendere del tutto irrilevante la possibile fuoriuscita del materiale radioattivo, come spiega Marco Pallavicini, responsabile di SOX, a Motherboard.

Con l’idea che la miglior arma contro la paura irrazionale sia una più precisa conoscenza di ciò che spaventa, trascurerò gli aspetti tecnici sull’inesistenza del rischio ambientale relativo a SOX, benché degni di uno sguardo per chi è particolarmente sensibile su tale aspetto, concentrandomi invece su una breve descrizione divulgativa della fisica del neutrino e dello scopo di SOX.

 

Ciò che sappiamo (o crediamo di sapere) sui neutrini

Per quel che è noto al momento, il neutrino è una particella elementare (non scomponibile in costituenti più fondamentali), senza carica elettrica, è un fermione (ha spin 1/2) e, delle quattro forze fondamentali del Modello Standard, gravitazionale, nucleare debole, elettromagnetica e nucleare forte (elencate in ordine crescente di “intensità”), interagisce solo con le prime due, le più deboli. In particolare, il neutrino è un leptone, termine che si dà a tutte le particelle che non interagiscono con la forza nucleare forte. Esperimenti relativamente recenti hanno provato che il neutrino ha una massa non nulla, diversamente da quanto si è creduto per svariati decenni dopo la sua scoperta; si tratta della particella fondamentale nota con la massa più piccola, intorno ad un milionesimo, se non meno, della massa di un elettrone (il valore esatto non è ancora noto con grande precisione).

Ma è una particella “strana” che si sviluppa solo nelle collisioni ad altissima energia del CERN e nel decadimento di qualche rara sostanza come il cerio-144? Niente affatto: moltissimi decadimenti (tutti i beta) producono neutrini (o antineutrini, le loro antiparticelle), come ne producono anche le reazioni nucleari che avvengono nel Sole; queste ultime generano un flusso di neutrini sulla superficie della Terra di circa 60 miliardi al secondo per centimetro quadrato!

Nonostante questa enorme abbondanza di neutrini solari e la facilità di generarli in laboratorio dai decadimenti di isotopi o altre particelle fondamentali (come i muoni), il neutrino è una particella molto difficile da studiare: il fatto che non interagisca né con l’elettromagnetismo né con la forza nucleare forte lo rende quasi impossibile da fermare, misurare ed osservare e dell’enorme flusso di neutrini solari di cui accennavo prima, una grandissima maggioranza attraversa inalterata noi e l’intero pianeta Terra, proseguendo nel suo viaggio nell’Universo: per questo motivo i rivelatori usati per cercarli sono pantagruelici, come Borexino, un enorme scintillatore a pseudocumene (nonché probabilmente il luogo meno radioattivo della Terra, grazie alle ingegnose tecniche impiegate per diminuire il fondo di radioattività naturale). A loro volta, le impervietà nelle misure dei neutrini si traducono in una certa attuale ignoranza su alcune proprietà dei neutrini. Una tra tutte le caratteristiche ignote: non sappiamo se si tratta di fermioni di Dirac o di Majorana. Ve lo stavate chiedendo anche voi, vero??

 

Ciò che non sappiamo sui neutrini

Tralasciando l’umorismo, che differenza c’è tra “fermioni di Dirac” e “fermioni di Majorana”? E cosa comporterebbe “concretamente”? Ad eccezione del neutrino, sappiamo che  tutti i fermioni che conosciamo (elettroni, muoni, tauoni, quark…) sono fermioni di Dirac: ciascuno ha una sua antiparticella ben distinta (il positrone per l’elettrone, giusto per citare un esempio) e sia fermione che antifermione di Dirac possono avere un valore negativo o positivo di un certo numero quantico, detto chiralità. Invece un fermione di Majorana, del quale l’unico esempio noto potrebbe essere il neutrino, coinciderebbe con il suo antifermione e in tal caso la differenza tra ciò che chiamiamo neutrino e ciò che chiamiamo antineutrino sarebbe solo la chiralità: andrebbero considerati come due “aspetti” di una stessa particella, non come l’uno l’antiparticella dell’altro (analogamente ad un elettrone con spin 1/2 e uno con spin -1/2 lungo una data direzione).

Tuttavia le interazioni nucleari deboli sembrano coinvolgere solo una delle due componenti chirali del neutrino, detta sinistrorsa, e la controparte destrorsa dell’antineutrino; se si trattasse di fermioni di Majorana, questo esaurirebbe le possibilità, poiché significherebbe che le interazioni deboli coinvolgono tutte le possibili “varianti” del neutrino di Majorana. Se, diversamente, fossero fermioni di Dirac, allora i neutrini destrorsi e gli antineutrini sinistrorsi sarebbero nuove particelle, interagenti solo con la gravità e quindi virtualmente impossibili da osservare, soprannominate neutrini sterili: queste sono le particelle la cui esistenza ci si propone di indagare con l’esperimento SOX.

 

Avevo promesso un risvolto “concreto”: immedesimatevi per un istante in un fisico delle particelle e immaginate di raccontare ad un astrofisico o ad un cosmologo di aver scoperto l’esistenza di particelle con massa, che interagiscono solo con la gravità e nient’altro, e magari discretamente abbondanti. Con ogni probabilità gli luccicheranno gli occhi ed esclamerà: “Materia oscura!”. No, non sta vaneggiando e non è tentato dalle “scienze occulte”, piuttosto vede la possibilità che la nuova particella da voi trovata sia il costituente di qualcosa che è oramai arcinoto dalle osservazioni astronomiche, di molto diffuso nel nostro Universo, ma sulla cui identità non si hanno ancora ipotesi particolarmente convincenti: la materia oscura, appunto. Ma questo potrebbe essere l’oggetto di un futuro articolo, soprattutto se qualche nuovo analfabeta scientifico mi darà il là per parlarne!