Strane particelle individuate in Antartide grazie ad un pallone aerostatico

Grazie ad un sofisticato pallone aerostatico, i ricercatori sembrano aver individuato delle strane particelle che sfuggono alla nostra attuale comprensione della fisica. Questo sofisticato pallone atmosferico fa parte del progetto NASA, Antartide Impulsive Transient Antenna (ANITA). Tra il 2006 ed il 2014 ANITA ha eseguito diversi voli, durante i quali ha rilevato dei segnali molto strani. Questi segnali potrebbero appartenere a due strane particelle, due neutrini atipici che si comportano in modo anomalo. La loro alta energia e la provenienza inspiegabile potrebbero aprire la porta ad una nuova fisica che si spinge oltre il Modello Standard.

A caccia di neutrini anomali con ANITA ed IceCube

Questa rilevazione è stata effettuata da ANITA, in collaborazione con l’IceCube Neutrino Observatory, un esperimento che ha lo scopo di rilevare un’ampia gamma di neutrini, comprese le loro varianti a bassa energia. Ma studiare i neutrini non è cosa semplice e per questo è necessario un sistema complesso come quello di IceCube. Questo sistema lavora nelle profondità ghiacciate del Polo Sud ed è un gigantesco cacciatore di neutrini sotterraneo, formato da 86 cavi d’acciaio dotati di oltre cinquemila sensori di luce.

ANITA ha rilevato dunque le prove della presenza di queste strane particelle, con un’energia ed una direzione anomala per dei neutrini e che suggerisce che queste strane particelle abbiano attraversato tutto il pianeta senza impedimenti.

I neutrini sono delle particelle molto elusive e si trovano ovunque, miliardi di queste particelle raggiungono la Terra e ci attraversano in ogni secondo. Si tratta di particelle elementari e prive di carica con una massa piccolissima. I neutrini interagiscono solo molto debolmente con la materia e proprio per questo sono così difficili da osservare. Sono prodotti nell’atmosfera terrestre, dal Sole o anche da sorgenti extragalattiche.

Delle strane particelle dalle caratteristiche anomale

Ma i neutrini osservati questa volta hanno delle caratteristiche anomale: un’energia straordinariamente alta e la provenienza da una direzione insolita. I valori energetici rilevati con queste ultime osservazioni sono infatti decisamente elevati, compresi tra 0,6 e 0,56 exaelettronvolt. Un energia estremamente alta, come afferma Alex Pizzuto dell’Università del Wisconsin-Madison, che fa parte del progetto IceCube. Con tali livelli energetici i neutrini avrebbero dovuto interagire con la materia terrestre, mentre invece, come abbiamo detto, sembrano averla attraversata con estrema facilità.

Un comportamento del genere potrebbe però adattarsi ad un neutrino che provenga da un punto lontanissimo nello spazio. Se il neutrino provenisse ad esempio da una remota galassia, accelererebbe a tal punto verso di noi da comportarsi in questo modo anomalo.

ANITA dovrebbe quindi averle individuate mentre raggiungevano la Terra da una remota regione nello spazio. I ricercatori dunque sono ora al lavoro per analizzare 8 anni di dati di ANITA in cerca di prove che possano avvalorare questa teoria.

Nessuna remota fonte cosmica, che si tratti di particelle esotiche?

I ricercatori sono quindi alla ricerca di una sorgente cosmica molto intensa che possa spiegare le energie e la provenienza dei neutrini. Per farlo hanno utilizzato la combinazione di tre diversi metodi tra loro complementari. Sono state eseguite diverse simulazioni di neutrini che attraversano la Terra in modo da poter capire quanti neutrini incidenti sono necessari affinché ANITA rilevi un simile segnale.

I dati di ANITA sono poi stati integrati con quelli di IceCube. Ma quello che è emerso da queste analisi, lascia i ricercatori con nuove domande, invece che con delle risposte. Non sono state infatti individuate delle fonti di neutrini che possano spiegare le strane particelle rilevate.

Come afferma dunque Ibrahim Safa, del progetto IceCube e coautore dello studio, “restano le possibilità più eccitanti o più noiose. O ANITA ha trovato una prova di fisica esotica o c’è qualche sottile anomalia nelle letture del rilevatore che tutti hanno finora trascurato”. Ma secondo Stefan Soldner-Rembold, dell’Università di Manchester, può escludere con sicurezza la possibilità di un errore nelle rilevazioni di ANITA. Egli afferma infatti che “qualunque cosa sia, che si tratti di una nuova fisica o di un processo che non abbiamo ancora compreso, è molto interessante”.

Strane particelle che vanno al di là del Modello Standard

Al momento i ricercatori sono in attesa dell’ultimo aggiornamento di ANITA, previsto entro la fine di quest’anno, che raccoglie tutti i dati rilevati nel suo ultimo volo effettuato nel 2016. Eventuali altri eventi anomali rilevati da ANITA potrebbero infatti aiutare a risolvere il mistero di queste strane particelle. Nel frattempo però non mancano comunque diverse teorie proposte sulla natura di queste misteriose particelle.

Secondo Pizzuto infatti, devono essere tenute in considerazione altre teorie che potrebbero spiegare le anomalie rilevate, compresa la fisica esotica. Egli afferma che “l’analisi esclude l’unica possibile spiegazione legata al Modello standard. Pertanto, se questi eventi sono reali e non sono dovuti a particolari anomalie nel rivelatore, potrebbero indicare la presenza di fisica al di là del Modello Standard”.

Il Modello Standard è la teoria che descrive tutte le particelle e tre delle quattro interazioni fondamentali in natura, rappresentando la totalità della realtà così come la conosciamo. In diverse ricerche in fisica teorica si è parlato però di nuova fisica, non descritta da questo modello, conosciuta come fisica esotica, di cui ad oggi non ci sono però prove concrete né sperimentazioni.

Soltanto ulteriori studi potranno avvalorare le diverse ipotesi sulla loro natura

Secondo Derek Fox dell’Università della Pennsylvanya, potrebbe trattarsi di neutrini stau. Si tratta di una particolare forma di neutrini tauonici. Questa teoria sarebbe in linea con la teoria della supersimmetria che afferma che tutte le particelle hanno una loro controparte più pesante. Secondo altri invece, le rilevazioni di ANITA potrebbero riguardare dei neutrini sterili o addirittura la materia oscura.

Ma queste rilevazioni vanno prese con cautela. Come sempre quando si tratta di neutrini e di questo particolare campo della fisica teorica, bisognerà attendere che i risultati siano confermati per essere sicuri che non ci siano state interferenze o errori. Come dice lo stesso Safa “sembra che dovremo aspettare la prossima generazione di esperimenti, che aumenterà l’esposizione e la sensibilità della strumentazione per comprendere chiaramente questa anomalia”.