Borexino, nei laboratori Gran Sasso «visti per la prima volta i geoneutrini»

Alessandro Biancardi

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Borexino, nei laboratori Gran Sasso «visti per la prima volta i geoneutrini»
LA SCOPERTA. ISOLA DEL GRAN SASSO. Una nuova dimostrazione della straordinaria qualità della fisica italiana. Viene smentita la teoria secondo la quale al centro della Terra vi sarebbe un enorme reattore nucleare che da solo scalda il pianeta. * IL TOUR VIRTUALE NEI LABORATORI
L'esperimento Borexino ai Laboratori sotterranei del Gran Sasso dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, ha visto in modo certo, per la prima volta al mondo, particelle provenienti dall'interno della Terra, là dove si forma il calore del nostro pianeta.
Lo studio viene pubblicato dal sito scientifico online arXiv.org.
L'esperimento visto dall'esterno appare come una cupola di sedici metri di diametro al cui interno si trova una sorta di “matrioska”, 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.
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 viaggio all'interno di Borexino, vedremmo contenuto in una sfera di nylon speciale, una enorme quantità (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, sia in primo luogo quelli che arrivano dal Sole sia, come in questo caso, quelli che vengono dall'interno della Terra
I ricercatori di Borexino (provenienti da istituti italiani, americani, tedeschi, russi e polacchi) coordinati dal professor Gianpaolo Bellini, dell'INFN di Milano, hanno visto per la prima volta con l'esperimento situato nel Laboratorio del Gran Sasso, i “geoneutrini”.
Cioè gli antineutrini (la più piccola e elusiva particella di antimateria) provenienti dall'interno del nostro pianeta.
Queste leggerissime particelle ci dicono che migliaia di chilometri sotto la crosta terrestre, degli elementi radioattivi come l'uranio si trasmutano (decadono) e producono enormi quantità di quel calore che muove i continenti, scioglie le rocce e le trasforma in magma e lava per i vulcani.
Tramite i geoneutrini, gli scienziati dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare hanno la prova che questa radioattività sia una delle principali fonti di energia del pianeta, anche se probabilmente non l'unico combustibile della fucina che produce le decine di migliaia di miliardi di Watt che scaldano la Terra.



QUANTITA' URANIO SULLA TERRA

Con esperimenti come Borexino si potrà determinare la quantità di Uranio presente sulla Terra, e magari identificare preziosi giacimenti di combustibili nucleari.
In precedenza, ricercatori giapponesi avevano intravisto dei segnali che erano indicazione dei geoneutrini, ma i loro rivelatori, troppo vicini alle centrali nucleari, erano disturbati dagli antineutrini provenienti da queste.
Solo ai Laboratori del Gran Sasso, distante almeno 500 km dalla più vicina centrale nucleare, si è potuto avere un segnale genuino della radioattività naturale della Terra.
Inoltre il livello di radiopurezza di Borexino, mai ottenuto da nessuno fino ad ora, ha fortemente contribuito a questo successo.

«APERTA UNA NUOVA ERA DI STUDIO»

Per il professor Gianpaolo Bellini «questa scoperta apre una nuova era nello studio dei meccanismi che governano l'interno della Terra. Uno studio esteso dei geoneutrini in vari punti della terra- continua Bellini - darà la possibilità di avere informazioni più precise sul calore prodotto nel mantello terrestre, e quindi sui moti convettivi che sono alla base dei fenomeni vulcanici e dei movimenti tettonici. Il successo di questo studio è stato reso possibile dalle nuove tecnologie da noi sviluppate al Laboratorio del Gran Sasso, che ci hanno permesso di raggiungere in Borexino livelli di purezza da elementi radioattivi mai raggiunti prima da nessuno, in aggiunta alla lontananza del sito del Gran Sasso da reattori nucleari».
«Gli straordinari risultati dell'esperimento Borexino – afferma Lucia Votano, direttore dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso - premiano anni di intenso lavoro e sono stati possibili grazie alle caratteristiche uniche al mondo del nostro Laboratorio sotterraneo e alla estrema radiopurezza dei materiali utilizzati per l'apparato sperimentale. L'esperimento stava già dando importanti informazioni sul funzionamento interno del sole e adesso ha prodotto la prima misura mondiale dei geoneutrini provenienti dalle profondità del nostro pianeta. Ancora una volta i Laboratori del Gran Sasso dimostrano di essere un centro di ricerca di eccellenza nel campo della fisica astro particellare».
«Borexino apre una nuova finestra che ci permette di guardare direttamente all'interno della Terra fino a migliaia di chilometri di profondità – dice Giovanni Fiorentini coordinatore di un gruppo ricerca dell'INFN e dell'Università di Ferrara che ha sviluppato i primi modelli teorici per i geoneutrini - Il confronto tra i dati sperimentali e i modelli teorici getterà luce sulla composizione chimica e le origini della Terra».
Inoltre il livello di radiopurezza di Borexino, mai ottenuto da nessuno fino ad ore, ha fortemente contribuito a questo successo.

ESPERIMENTI PRECEDENTI

Già nel 2002 un esperimento giapponese, Kamland, sostenne di aver rivelato la radiazione dei geoneutrini, ma gli studi successivi dimostrarono che si trattava di un abbaglio: ciò che veniva osservato era in realtà dovuto alla presenza di un insidioso fondo di neutroni, che dava origine a dei “falsi geoneutrini”.
Nel 2005 ancora Kamland ha fornito le prime indicazioni dell'esistenza dei geoneutrini.
Borexino ha ottenuto in questi giorni l'evidenza dell'esistenza dei geoneutrini, riuscendo a evidenziarne il segnale con un'affidabilità superiore al 99,9%.
«Questo è solo l'inizio», assicurano gli scienziati. «Lo studio ovviamente continua e fra altri due anni sarà possibile avere misure di maggior precisione producendo quindi più informazioni sui meccanismi di produzione termica della Terra».
Seguendo le metodologie sviluppate da Borexino, sarà possibile investigare in modo non ipotetico l'origine e la distribuzione dell'energia termica all'interno del nostro pianeta.
Vari esperimenti sono in fase di costruzione o di Ricerca & Sviluppo in vari siti del mondo: Canada, Finlandia, Hawaii, Sud Dakota.
Se questi esperimenti ed altri esperimenti riusciranno ad ottenere “performances” del tipo di quelle ottenute da Borexino, confrontando le misure in differenti locazioni sarà possibile determinare la concentrazione di Uranio e Torio nella Crosta e nel Mantello e sapere qualcosa di più sulla loro locazione.

I LABORATORI DEL GRAN SASSO DELL'INFN

C'è un silenzio cosmico sotto il Gran Sasso e non c'entra la letteratura anche se l'immagine è molto romantica ed evoca suggestioni d'autore.
Sono quei 1400 metri di roccia che assorbono le radiazioni e rendono il Laboratorio di fisica nucleare ospitato sotto la più alta montagna dell'Appennino un luogo speciale, molto speciale, unico al mondo.
E' questo potente scudo protettivo a fare del Laboratorio un posto straordinario per i fisici, i quali, non a caso, accorrono in Abruzzo da ogni parte del mondo per studiare il mondo delle particelle e in particolare i neutrini e le particelle che compongono la misteriosa materia oscura; insomma le chiavi dei meccanismi che regolano l'universo.
Il pioniere di questo tipo di studi era stato Raymond Davis in una miniera d'oro abbandonata, a Homestake, nel South Dakota, Stati Uniti, con i suoi studi sui neutrini prodotti dal sole.
L'Italia non poteva non rimanere al passo anche perché aveva il posto giusto, avvolto dal “silenzio cosmico”.
Oggi 750 scienziati di 28 Paesi utilizzano il Laboratorio del Gran Sasso, considerato nel suo genere il migliore del mondo. Situata tra le città di L'Aquila e Teramo, a circa 120 km da Roma, la struttura sotterranea ha tre sale lunghe quasi 100 metri, larghe 18 e alte 20, collegate da vari corridoi le cui uscite si affacciano sulla galleria autostradale.
La struttura, diretta dalla professoressa Lucia Votano, è uno dei quattro Laboratori dell'Istituto di Fisica Nucleare di cui è presidente Roberto Petronzio, professore di Fisica Teorica all'Università Tor Vergata di Roma. L'Infn è l'ente italiano dedicato allo studio dei costituenti fondamentali della materia e svolge attività di ricerca, teorica e sperimentale, nei campi della fisica subnucleare, nucleare e astroparticellare.

02/03/2010 12.29