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I neutrini sono le particelle che Wolfgang Pauli riteneva impossibili da individuare, e la storia di come sono stati stanati somiglia più a una caccia al fantasma che a un normale esperimento di fisica. Settant’anni fa Clyde Cowan e Frederick Reines presero un rivelatore da 10 tonnellate costruito su misura, lo circondarono con spesse pareti di piombo e sacchi di sabbia umida, e lo piazzarono accanto a un potente reattore nucleare nell’impianto di Savannah River, in Carolina del Sud. Il nome scelto per l’esperimento diceva tutto: Progetto Poltergeist.
Il problema era nato più di venticinque anni prima, quando i fisici si erano accorti che durante il decadimento beta una parte dell’energia sembrava svanire nel nulla. Nel 1930 Pauli propose una spiegazione azzardata, cioè che una particella praticamente non rilevabile portasse via in silenzio quell’energia mancante. “Ho fatto una cosa terribile. Ho postulato una particella che non si può rilevare”, confidò a un amico. Priva di carica e con una massa quasi nulla, quella particella attraversa la Terra e qualunque cosa si trovi sul suo cammino, corpi umani compresi, senza quasi mai fermarsi. Nel giugno del 1956 i due fisici di Los Alamos mandarono a Pauli un telegramma per informarlo che i neutrini erano stati rilevati.
Neutrini: vasche giganti, miniere profonde e molta pazienza
Trovata la particella, la domanda successiva è diventata più ambiziosa, perché se le reazioni nucleari producono neutrini allora quelle particelle potevano diventare una finestra sui fuochi d’artificio nucleari dentro le stelle, Sole incluso. Per catturare qualcosa che collide con la materia così raramente serviva una quantità enorme di materia con cui far avvenire l’urto, il tutto schermato dalle altre radiazioni. Da qui la strategia che regge ancora oggi, ovvero costruire trappole gigantesche, sotterranee, e poi aspettare.
Negli anni Sessanta Raymond Davis Jr. e i colleghi del Brookhaven National Laboratory installarono un serbatoio a 1,5 chilometri di profondità nella miniera di Homestake, in Dakota del Sud, riempiendolo con quasi 400.000 litri di percloroetilene, un fluido per lavaggio a secco a base di cloro. Quando un neutrino centrava un nucleo di cloro, questo si trasformava in una forma radioattiva di argon, misurabile. L’esperimento durò 25 anni e trovò appena un terzo dei neutrini solari previsti dai modelli, quello che è passato alla storia come il problema dei neutrini solari.
I tre sapori e la massa che non doveva esistere
Nella miniera di Kamioka, in Giappone, Masatoshi Koshiba costruì Kamiokande, un rivelatore basato su 3 milioni di litri di acqua ultrapura. Qui i neutrini interagiscono con i nuclei atomici dell’acqua e generano un elettrone così veloce da produrre un lampo di luce Cherenkov, raccolto dai sensori. Kamiokande confermò l’ammanco visto da Davis, mentre Super-Kamiokande e l’Osservatorio di Neutrini di Sudbury, in Canada, ne spiegarono il motivo. I neutrini esistono in tre sapori, elettronico, muonico e tau, e possono oscillare tra uno e l’altro. Perché questo avvenga devono avere una massa, cosa che le leggi della fisica non prevedevano.
Sudbury lavorava a 2,1 chilometri di profondità nella miniera Creighton, con una sfera acrilica da 12 metri di diametro contenente 1.000 tonnellate di acqua pesante ultrapura. Il suo successore SNO+ ha riutilizzato parte dell’attrezzatura sostituendo l’acqua pesante con alchilbenzene lineare, lo stesso composto usato per il sapone liquido, capace di produrre segnali 50 volte più luminosi. In Italia, il rivelatore Borexino ai Laboratori del Gran Sasso ha fornito la prima prova diretta che il Sole fonde idrogeno in elio in più di un modo.
Dal ghiaccio antartico al fondo del Mediterraneo
L’Osservatorio IceCube, sotto la stazione Amundsen-Scott al Polo Sud, usa il ghiaccio antartico al posto dell’acqua, con oltre 5.000 moduli ottici digitali grandi come palloni da basket infilati su cavi e sepolti fino a 2,5 chilometri di profondità. Grazie a quei dati è nata una mappa della Via Lattea fatta solo di neutrini, e alcune particelle di altissima energia sono state ricondotte a galassie attive alimentate da buchi neri supermassicci. Sul fondo del Mediterraneo, a circa 3.500 metri davanti alla Sicilia e in un secondo sito più piccolo vicino a Tolone, cresce KM3NeT con quasi 200.000 sensori ottici previsti, già autore del neutrino cosmico più energetico mai registrato, di origine ancora sconosciuta.
Il cinese JUNO, oggi il rivelatore di neutrini più grande al mondo, ha iniziato a raccogliere dati nell’agosto del 2025 e nel giugno del 2026 ha pubblicato misure di oscillazione di precisione senza precedenti, con l’obiettivo di chiarire la massa di ciascun tipo di neutrino. Verso la fine del decennio dovrebbero entrare in funzione Hyper-Kamiokande in Giappone e DUNE negli Stati Uniti, che genererà migliaia di miliardi di neutrini inviandoli a 1.300 chilometri di distanza, verso un rivelatore vicino a 60 metri sotto terra al Fermilab e uno lontano a 1,5 chilometri di profondità nel Sanford Underground Research Center di Lead, in Dakota del Sud.
