Spiegato: cosa ci fa un telescopio nel lago più profondo del mondo?

Il Baikal-GVD è uno dei tre più grandi rivelatori di neutrini al mondo insieme all'IceCube al Polo Sud e all'ANTARES nel Mar Mediterraneo.

I partecipanti competono sul ghiaccio del lago Baikal ghiacciato durante la Coppa di vela sul ghiaccio Baikal nella regione di Irkutsk, Russia, 23 marzo 2021. (Foto Reuters: Yuri Novikov)

Alla fine della scorsa settimana, scienziati russi ha lanciato uno dei più grandi telescopi per neutrini subacquei al mondo chiamato Baikal-GVD (Gigaton Volume Detector) nelle acque del lago Baikail, il lago più profondo del mondo situato in Siberia.

La costruzione di questo telescopio, iniziata nel 2016, è motivata dalla missione di studiare in dettaglio le sfuggenti particelle fondamentali chiamate neutrini e di determinarne eventualmente le sorgenti. Studiare questo aiuterà gli scienziati a comprendere le origini dell'universo poiché alcuni neutrini si sono formati durante il Big Bang, altri continuano a formarsi a seguito di esplosioni di supernova o a causa di reazioni nucleari nel Sole.

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Il Baikal-GVD è uno dei tre più grandi rivelatori di neutrini al mondo insieme all'IceCube al Polo Sud e all'ANTARES nel Mar Mediterraneo.

Cosa sono le particelle fondamentali?

Finora, la comprensione è che l'universo è composto da alcune particelle fondamentali che sono indivisibili. In generale, le particelle di materia che gli scienziati conoscono fino ad ora possono essere classificate in quark e leptoni. Ma questo vale solo per la materia normale o per la materia di cui gli scienziati sanno che è composto il cinque per cento dell'universo. Nel loro libro We Have No Idea, il fumettista Jorge Cham e il fisico delle particelle Daniel Whiteson hanno affermato che queste particelle costituiscono la materia che rappresenta solo il cinque per cento dell'universo. Non si sa molto del restante 95 per cento dell'universo, che è classificato dagli autori in materia oscura (27 per cento) e del restante 68 per cento dell'universo di cui gli scienziati non hanno ancora idea.

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Ma nell'universo che gli scienziati conoscono, l'esplorazione nel campo della fisica finora ha portato alla scoperta di oltre 12 di questi quark e leptoni, ma tre di questi (protoni, neutroni ed elettroni) è ciò di cui è composto tutto il mondo . I protoni (portano una carica positiva) e i neutroni (senza carica) sono tipi di quark, mentre gli elettroni (portano una carica negativa) sono tipi di leptoni. Queste tre particelle formano ciò che viene definito l'elemento costitutivo della vita: l'atomo. In diverse combinazioni, queste particelle possono creare diversi tipi di atomi, che a loro volta formano molecole che formano tutto: da un essere umano, a una sedia di legno, un piatto di plastica, un telefono cellulare, un cane, una termite, una montagna, un pianeta, acqua, suolo e così via.

Perché gli scienziati studiano le particelle fondamentali?

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Studiare di cosa sono fatti gli esseri umani e tutto ciò che li circonda offre agli scienziati una finestra per comprendere meglio l'universo, proprio come è facile capire cosa sia una torta una volta che si conoscono gli ingredienti di cui è composta. Questo è uno dei motivi per cui gli scienziati sono così entusiasti di studiare i neutrini (non la stessa cosa dei neutroni), che sono anche un tipo di particella fondamentale. Fondamentale significa che i neutrini, come gli elettroni, i protoni ei neutroni, non possono essere ulteriormente scomposti in particelle più piccole.

Allora, dove si inseriscono i neutrini?

Ciò che rende i neutrini particolarmente interessanti è che sono abbondanti in natura, con circa mille trilioni di loro che passano attraverso un corpo umano ogni secondo. In effetti, sono le seconde particelle più abbondanti, dopo i fotoni, che sono particelle di luce. Ma mentre i neutrini sono abbondanti, non sono facili da catturare, questo perché non portano una carica, per cui non interagiscono con la materia.

Un sito web sviluppato dal Fermi National Accelerator Laboratory negli Stati Uniti afferma che i neutrini sono un indizio per la nuova fisica: modi di descrivere il mondo che ancora non conosciamo. Potrebbero anche avere proprietà uniche che aiuterebbero a spiegare perché l'universo è fatto di materia anziché di antimateria. Proprio come le particelle subatomiche della cosiddetta materia normale possono essere classificate in elettroni, protoni e neutroni, le particelle subatomiche che compongono l'antimateria hanno proprietà opposte alla materia normale. Sebbene sia noto che l'antimateria esiste, non sappiamo ancora perché esiste o quanto siano diverse le proprietà delle sue particelle subatomiche da quelle della materia normale.

Un modo per rilevare i neutrini è nell'acqua o nel ghiaccio, dove i neutrini lasciano un lampo di luce o una linea di bolle quando interagiscono. Per catturare questi segni, gli scienziati devono costruire grandi rivelatori. Un telescopio subacqueo come il GVD è progettato per rilevare i neutrini ad alta energia che potrebbero provenire dal nucleo terrestre o potrebbero essere stati prodotti durante le reazioni nucleari al Sole.

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