Il belga Francis Halzen, fisico dell’University of Wisconsin–Madison, negli Stati Uniti, ha ricevuto il Premio Nobel per la Fisica. È stato premiato, tra l’altro, per il suo contributo alla realizzazione dell’osservatorio IceCube, grazie al quale gli scienziati possono studiare i fenomeni più estremi dell’Universo.
“Francis Halzen ha guidato un team internazionale di ricercatori e ingegneri che ha creato per noi uno strumento fantastico. La sua perseveranza e la sua visione scientifica hanno aperto la strada a un nuovo tipo di astronomia”, ha dichiarato Mark Pearce, presidente del Comitato Nobel per la Fisica.
Un gigantesco rivelatore sepolto nel ghiaccio
Nel 1988 Halzen presentò l’idea di utilizzare il ghiaccio del Polo Sud per rilevare i neutrini. I neutrini appartengono alle particelle più misteriose conosciute dalla fisica. Hanno una massa quasi nulla e non possiedono carica elettrica. Vengono prodotti, tra l’altro, durante i processi estremamente violenti che si verificano nell’Universo.
Enormi quantità di neutrini attraversano continuamente la Terra e il corpo umano. Non siamo però in grado di osservarli direttamente. I neutrini, infatti, interagiscono molto raramente con la materia. È proprio questa caratteristica a renderli allo stesso tempo estremamente difficili da rilevare e estremamente preziosi per gli astronomi.
Gli scienziati sanno da tempo che nell’Universo esistono acceleratori naturali di particelle. In alcuni oggetti cosmici, le particelle raggiungono energie persino un milione di volte superiori a quelle ottenibili nei laboratori terrestri.
Il problema è che non sappiamo ancora esattamente dove si trovino tutte le sorgenti di queste particelle estremamente energetiche né quali processi avvengano al loro interno. I neutrini ad alta energia possono contribuire a rispondere a queste domande.
A differenza delle particelle elettricamente cariche, i neutrini non vengono deviati dai campi magnetici. Possono quindi percorrere distanze enormi praticamente in linea retta, senza perdere le informazioni sulla loro sorgente.
Per questo motivo gli scienziati li considerano una sorta di messaggeri cosmici, spiega l’Accademia. Il loro rilevamento permette di osservare l’Universo in un modo che non è possibile attraverso le tradizionali osservazioni astronomiche.
IceCube: un chilometro cubo di ghiaccio al Polo Sud
L’idea di Halzen ha dato origine a uno degli strumenti di ricerca più straordinari al mondo. L’IceCube Neutrino Observatory si trova al Polo Sud. Il rivelatore sfrutta circa un chilometro cubo di ghiaccio antartico estremamente puro.
Nel ghiaccio sono stati collocati migliaia di sensori luminosi. Il loro compito è registrare i debolissimi lampi prodotti nel momento in cui un neutrino interagisce con il nucleo di un atomo.
Eventi di questo tipo sono estremamente rari. Per questo era necessario un rivelatore dalle dimensioni gigantesche. La costruzione di IceCube è stata completata nel 2011.
Il ghiaccio antartico presenta inoltre diversi importanti vantaggi. È eccezionalmente trasparente, mentre il luogo in cui è stato installato il rivelatore è geologicamente stabile e privo di terremoti. L’isolamento da molte fonti di interferenza consente agli scienziati di effettuare osservazioni dei neutrini con grande precisione.
Grazie a IceCube, gli scienziati hanno iniziato relativamente presto a rilevare neutrini ad alta energia. Le osservazioni successive hanno portato alla scoperta di neutrini la cui energia era così elevata da dover provenire dall’esterno del Sistema Solare.
Secondo l’Accademia, si è trattato di una svolta. Fino a quel momento, infatti, l’astronomia si era basata soprattutto sull’osservazione della luce e di altre forme di radiazione elettromagnetica. Rivelatori come IceCube hanno reso possibile osservare l’Universo attraverso particelle provenienti direttamente dalle sorgenti cosmiche.
È nata così l’astronomia dei neutrini. Grazie a essa, gli scienziati possono cercare di stabilire quali oggetti siano responsabili dell’accelerazione delle particelle fino a energie estreme.
IceCube continua a registrare nuove interazioni di neutrini. I dati raccolti potrebbero consentire di identificare nuove sorgenti di particelle ad alta energia e persino portare alla scoperta di fenomeni cosmici precedentemente sconosciuti.
Gli scienziati sperano, tra le altre cose, di comprendere meglio gli ambienti più violenti dell’Universo: luoghi in cui materia ed energia si comportano in condizioni impossibili da riprodurre sulla Terra.
La carriera di Francis Halzen
Nato nel 1944 nella città fiamminga di Tienen, Francis Halzen è un fisico delle particelle elementari. Ha conseguito il dottorato presso l’Università Cattolica di Lovanio. È professore presso l’University of Wisconsin-Madison.
Ha pubblicato numerosi lavori, tra l’altro, sui raggi cosmici e sulla materia dei quark, ma è noto soprattutto per le sue ricerche sui neutrini. Ha creato rivelatori di neutrini in Antartide: l’Antarctic Muon and Neutrino Detector Array (Amanda) e, come suo successore, il già citato IceCube Neutrino Observatory.
Ha ricevuto, tra gli altri riconoscimenti, il Premio Balzan, il Premio Bruno Pontecorvo e il Breakthrough of the Year Award della rivista Physics World.
Insieme alla medaglia del Premio Nobel, riceverà 12 milioni di corone svedesi (circa un milione di euro).
La settimana dei Nobel
La settimana dei Nobel è iniziata il 5 ottobre, e terminerà lunedì prossimo, 12 ottobre. Nel primo giorno, la Reale Accademia Svedese delle Scienze ha annunciato i vincitori del premio per la fisiologia o medicina. Il riconoscimento è stato assegnato a Karl Deisseroth, Peter Hegemann e Georg Nagel “per le loro scoperte sui canali ionici attivati dalla luce e sull’optogenetica”.
L’anno scorso il Premio Nobel per la Fisica era stato assegnato a John Clarke, Michel H. Devoret e John M. Martinis “per la scoperta del tunneling quantistico macroscopico e della quantizzazione dell’energia in un circuito elettrico”.
Tradotto da Cesare Ceccato. Articolo originale pubblicato su Focus Europe Poland disponibile qui.
