KM3NeT rivela il neutrino più energetico mai osservato

Uno straordinario evento, compatibile con un neutrino dell’energia stimata di circa 220 PeV (220 x 1015 elettronvolt o 220 milioni di miliardi di elettronvolt), è stato rivelato il 13 febbraio 2023 dal rivelatore ARCA del telescopio sottomarino per neutrini KM3NeT.

Questo evento, denominato KM3-230213A, è il neutrino più energetico mai osservato e fornisce la prima prova che nell’universo vengono prodotti neutrini di energie così elevate.
Dopo un lungo e accurato lavoro di analisi e interpretazione dei dati sperimentali, la Collaborazione scientifica internazionale KM3NeT riporta i dettagli di questa fantastica scoperta in un articolo pubblicato su Nature, e nel corso di un evento trasmesso in diretta dalle sedi dell’INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, tra i fondatori e principali contributori del progetto, a Roma, del CNRS Centre National de la Recherche Scientifique a Parigi e di Nikhef National Institute for Subatomic Physics ad Amsterdam.

«KM3NeT ha iniziato a sondare un intervallo di energia e sensibilità in cui i neutrini rivelati potrebbero avere origine da fenomeni astrofisici estremi. Questa prima rivelazione in assoluto di un neutrino di centinaia di PeV apre un nuovo capitolo nell’astronomia con neutrini e una nuova finestra di osservazione sull’universo», commenta Paschal Coyle, ricercatore del CNRS – Centre de Physique des Particules de Marseille, Francia, e coordinatore della Collaborazione KM3NeT al momento della rivelazione.

Un inedito messaggero cosmico da territori ancora inesplorati

L’universo ad alta energia è il regno di eventi cataclismatici, come l’accrescimento di buchi neri supermassicci al centro delle galassie, le esplosioni di supernova, i lampi di raggi gamma, tutti eventi ancora non completamente compresi. Questi potenti acceleratori astrofisici generano flussi di particelle chiamati raggi cosmici. I raggi cosmici di più alta energia possono interagire con la materia o con i fotoni attorno alla sorgente, per produrre neutrini e fotoni. Oppure, viaggiando nello spazio, possono interagire anche con i fotoni della radiazione cosmica di fondo a microonde che permea l’universo fin dai suoi albori, dando origine ai cosiddetti "neutrini cosmogenici" estremamente energetici.

I neutrini sono tra le particelle elementari più misteriose. Hanno una massa piccolissima, quasi nulla, non hanno carica elettrica e interagiscono solo debolmente con la materia. Per queste loro caratteristiche sono messaggeri cosmici molto speciali, in grado di arrivare da molto lontano e indicarci la direzione della loro sorgente, e quindi di portare fino a noi informazioni uniche sui fenomeni astrofisici più energetici, consentendoci di esplorare i confini più remoti dell’universo.

«Questa osservazione apre la strada a molteplici interpretazioni. Il neutrino di altissima energia potrebbe provenire direttamente da un potente acceleratore cosmico. In alternativa, potrebbe essere la prima rivelazione di un neutrino cosmogenico. Sulla base di un singolo evento è difficile trarre conclusioni sull’origine del neutrino che lo ha prodotto, ma l’energia estremamente elevata lo colloca in una regione totalmente inesplorata, di estremo interesse per la scienza. Future osservazioni di altri eventi di questo tipo serviranno per costruire un chiaro quadro interpretativo», spiega Rosa Coniglione, ricercatrice dell'INFN ai Laboratori Nazionali del Sud e vicecoordinatrice della Collaborazione KM3NeT al momento della scoperta.

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Il sistema della ricerca di Catania in KM3NeT

Il nuovo eccezionale risultato è stato presentato questo pomeriggio anche nell’aula magna del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Catania, dalle ricercatrici e dai ricercatori dei Laboratori Nazionali del Sud e della Sezione Infn, e dell’Università di Catania che lavorano all’esperimento.

La collaborazione internazionale KM3NeT vede infatti i Laboratori Nazionali del Sud e la Sezione di Catania dell’Infn tra i protagonisti principali. L’idea di realizzare un telescopio sottomarino al largo di Capo Passero nasce proprio a Catania oltre 25 anni fa grazie al supporto dell’Infn e alla sinergia con l’Università di Catania. E oggi, grazie anche ai finanziamenti del Fondo Europeo per lo Sviluppo Regionale della Regione Siciliana (Idmar) e del Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (km3net4rr), la Sicilia diventa protagonista della scena scientifica internazionale.

L’evento dal titolo “Dalle profondità del Cosmo alle profondità del Mediterraneo", aperto al pubblico, è stato introdotto dal direttore dei Laboratori Nazionali del Sud – Infn Santo Gammino, dalla direttrice della sezione Infn di Catania Alessia Tricomi e dal direttore del DFA Stefano Romano, che hanno illustrato, insieme alle ricercatrici ed ai ricercatori della Collaborazione, il fondamentale contributo prestato dalle strutture di ricerca catanesi al successo del progetto.

«È un momento di grande orgoglio per la comunità catanese dei fisici, rappresentata dal dipartimento “Ettore Majorana” e dalle due realtà dell’Istituto nazionale di fisica nucleare – ha sottolineato il direttore Stefano Romano -. Ma è un vanto anche per la nostra città e la nostra regione, l’idea del rilevatore di neutrini nasce infatti qui in Sicilia, e questa scoperta rappresenta l’ennesima dimostrazione che la sinergia tra l’Università, come luogo di formazione, e gli enti di ricerca come Infn, può portare a risultati di eccellenza a livello mondiale».

Il rettore Francesco Priolo, in collegamento da Roma, è intervenuto anche nella sua qualità di vicepresidente della Crui con delega alla Ricerca: «Per me è un particolare piacere ed onore essere qui nel momento dell’annuncio – ha detto - perché questa scoperta è un grande orgoglio per la ricerca italiana, e anche per il nostro Ateneo che continua a partecipare a questo sforzo. Un impegno che ha incontrato successo perché negli anni è stato realizzato grazie alla collaborazione di tanti enti e al sostegno delle istituzioni. Da fisico ho visto nascere questa iniziativa, quindi le mie congratulazioni più grandi vanno a Emilio Migneco: grazie alla sua visione oggi abbiamo il primo risultato importante, il primo di una lunga serie».

«Non è un punto d’arrivo – ha precisato il direttore del LNS-INFN Santo Gammino -, adesso raccogliamo nuovi stimoli per ottenere risultati ancora più importanti. La Sicilia è davvero al centro del mondo oggi, non solo del Mediterraneo, e certamente non è periferia: questa collaborazione ci ha portato a vedere risultati che finora non si erano mai visti, alla fine di un percorso molto lungo, frutto del lavoro di tutti coloro che si sono susseguiti nell’opera di ricerca sin dall’inizio, e di costanza e coerenza da parte di tutti coloro che hanno lavorato a questo progetto. A loro va il nostro più sentito grazie».

«È un esperimento molto grande, non solo per le dimensioni dell’apparato di rivelatori, con centinaia di migliaia di componenti. Ma è questo risultato che trasforma un esperimento grande in un grande esperimento – ha evidenziato la direttrice della sez. INFN di Catania Alessia Tricomi, anticipando il racconto delle origini del progetto da parte del precedente direttore Emilio Migneco e una presentazione dei neutrini da parte del ricercatore Giorgio Riccobene -, con il lavoro di ricercatori e tecnologi, centinaia di persone che a Catania e nel resto del mondo hanno reso possibile questo esito».

Il telescopio KM3NeT, che oggi opera con circa 20 mila sensori di luce distribuiti su 33 linee di misura alte 700 m, ancorate al fondo marino, raggiungerà la sua dimensione finale di oltre un chilometro cubo entro il 2030, quando saranno operative circa 200 linee di misura. Nel prossimo decennio KM3NeT potrà così continuare ed estendere le sue ricerche sui neutrini cosmici, nel solco della prestigiosa tradizione della fisica catanese.