Catturato il neutrino più energetico di sempre: la storica scoperta italiana che apre nuovi orizzonti nell'astrofisica

Un messaggero cosmico dalle energie mai viste prima è stato catturato nelle profondità del Mar Mediterraneo, aprendo una nuova finestra sull'universo più estremo. All'inizio di febbraio 2025 è stato annunciato un nuovo studio che riguardava un fenomeno osservato in realtà circa due anni prima (a febbraio 2023). il rilevatore sottomarino KM3NeT, situato al largo delle coste siciliane, ha rivelato un neutrino di energia straordinaria, stimata intorno ai 220 PeV (30 volte più energetico del più energetico energetico neutrino rilevato fino a quel momento).

Una scoperta eccezionale, con lo studio dal titolo Observation of an ultra-high-energy cosmic neutrino with KM3NeT pubblicato su Nature, che rappresenta un vero punto di svolta nello studio dei neutrini e promette di rivoluzionare la nostra comprensione dei fenomeni cosmici più energetici. Il neutrino in questione, denominato KM3-230213A, è il più energetico mai osservato, superando di gran lunga i precedenti record.

"KM3NeT ha iniziato a sondare un intervallo di energia e sensibilità in cui i neutrini rivelati potrebbero avere origine da fenomeni astrofisici estremi", spiega Paschal Coyle, ricercatore del CNRS e coordinatore della Collaborazione KM3NeT al momento della rivelazione. "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".

Ma cosa rende questo neutrino così speciale? I neutrini sono particelle elementari estremamente elusive, prive di carica elettrica e con una massa quasi nulla. Queste caratteristiche li rendono messaggeri cosmici ideali: possono attraversare enormi distanze senza essere deviati da campi magnetici o assorbiti dalla materia, portando con sé informazioni preziose sulle loro origini remote.

L'evento KM3-230213A potrebbe essere il prodotto di alcuni dei fenomeni più violenti e misteriosi dell'Universo, come l'accrescimento di buchi neri supermassicci al centro delle galassie (sono stati identificati 12 blazar come potenziali sorgenti), le esplosioni di supernova o i lampi di raggi gamma. In alternativa, potrebbe trattarsi del primo neutrino cosmogenico mai osservato, nato dall'interazione tra raggi cosmici di altissima energia e la radiazione cosmica di fondo a microonde, un'eco del Big Bang che permea l'Universo.

"Sulla base di un singolo evento è difficile trarre conclusioni sull'origine del neutrino che lo ha prodotto", commenta Rosa Coniglione, ricercatrice dell'INFN e vicecoordinatrice della Collaborazione KM3NeT. "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".

Dal mare siciliano alla copertina di Nature: KM3NeT rivela un neutrino cosmico da record

La cattura di questo neutrino record è stata possibile grazie all'innovativo design di KM3NeT, un gigantesco rilevatore sottomarino che sfrutta l'acqua del mare come mezzo per aiutare la rivelazione dei neutrini. L'infrastruttura, ancora in fase di completamento, si compone di due rivelatori: ARCA, dedicato allo studio dei neutrini di alta energia, situato a 3,5 km di profondità al largo di Portopalo di Capo Passero, in Sicilia; e ORCA, ottimizzato per lo studio delle proprietà fondamentali dei neutrini, posizionato a 2,5 km di profondità al largo delle coste di Tolone, in Francia.

Il rivelatore ARCA, nella sua configurazione finale, comprenderà 230 stringhe verticali alte 700 metri, ciascuna dotata di 18 moduli ottici digitali. Questi moduli, veri e propri "occhi" del rilevatore, contengono 31 fotomoltiplicatori ciascuno, in grado di catturare il debole effetto Cherenkov che produce un'emissione luminosa a causa dal passaggio delle particelle cariche generate dallo spostamento dei neutrini nell'acqua. Ciò che rende ancora più straordinaria questa scoperta è il fatto che sia avvenuta quando solo un decimo del rivelatore era operativo.

"Questa straordinaria rivelazione è stata ottenuta con solo un decimo della configurazione finale del rivelatore, dimostrando il grande potenziale del nostro esperimento per lo studio dei neutrini e per l'astronomia con neutrini", sottolinea Aart Heijboer, ricercatore di Nikhef e physics and software manager di KM3NeT.

Il successo di KM3NeT è il risultato di una vasta collaborazione internazionale che coinvolge oltre 360 scienziati, ingegneri, tecnici e studenti provenienti da 68 istituzioni in 21 paesi. L'Italia, attraverso l'INFN, gioca un ruolo di primo piano in questo progetto perché coordina i gruppi di ricerca attivi presso i Laboratori Nazionali del Sud e numerose sezioni e università in tutto il paese.

"Lo straordinario risultato di KM3NeT apre prospettive scientifiche davvero affascinanti, e premia il grande impegno della nostra comunità", commenta Antonio Zoccoli, presidente dell'INFN. "Dimostra anche il valore che gli investimenti in infrastrutture di ricerca sono in grado di generare. Investimenti che l'INFN ha potuto realizzare nel progetto KM3NeT grazie al Ministero dell'Università e della Ricerca e alla Regione Siciliana, che oggi ringraziamo per il loro supporto".

Il futuro di KM3NeT si preannuncia ancora più luminoso. Grazie al progetto KM3NeT4RR, finanziato con fondi PNRR, l'infrastruttura continuerà a crescere, aumentando il suo potenziale di scoperta. Con un investimento aggiuntivo di 67 milioni di euro, ARCA si espanderà fino a diventare il più grande telescopio per neutrini al mondo.

"L'eccezionale risultato mostra il grande potenziale di scoperta di KM3NeT e il valore delle scelte fatte, sia sulle soluzioni tecnologiche sia sul sito di installazione in Sicilia, nel cuore del Mar Mediterraneo, dove è possibile avere un'ampia e unica visione del cielo galattico", afferma Giacomo Cuttone, responsabile nazionale INFN del progetto KM3NeT. "L'infrastruttura di ricerca KM3NeT continuerà ad ampliarsi e a realizzare nuove scoperte, portando la Sicilia e l'Italia al centro del panorama scientifico internazionale".