tra astrofisica e avventura umana

tra astrofisica e avventura umana
tra astrofisica e avventura umana
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Perché scrivere questo libro adesso?

Negli ultimi anni il campo dell’astrofisica ha vissuto una grande rivoluzione, l’osservazione “multimessenger”. L’idea è che non dovremmo limitarci alla luce – lo spettro elettromagnetico – per studiare cosa sta succedendo nell’Universo. Possiamo utilizzare anche le onde gravitazionali e le particelle cosmiche, costituite da nuclei atomici e neutrini. Uno dei primi esempi di questo approccio è la supernova del 1987 (SN 1987A), la cui esplosione è stata seguita nella luce, ma anche nei neutrini. Diversi esperimenti in tutto il mondo hanno raccolto una ventina di queste particelle associate a questo evento.

Ma l’evento che ha davvero dimostrato che l’approccio multi-messaggero era essenziale se si vuole risolvere alcuni enigmi dell’Universo è stata la fusione di due stelle di neutroni osservata nel 2017 e denominata GW170817. Questa coalescenza ha prodotto onde gravitazionali rilevate dalla rete di interferometri giganti Ligo et Vergine. E, a differenza della fusione di due buchi neri, emetteva anche moltissima luce, nell’intero intervallo spettrale, che veniva scrutato da numerosi osservatori a terra e nello spazio. La combinazione delle informazioni provenienti dalle onde gravitazionali e dalle emissioni elettromagnetiche ha permesso di comprendere meglio cosa accade in un evento violento come la fusione di due corpi compatti come le stelle di neutroni.

È questa violenza ciò che ha ispirato il titolo del tuo libro?

Sì, l’Universo ospita numerosi fenomeni che possiamo definire “violenti” perché le quantità di energia coinvolte sono gigantesche. Vediamo stelle fondersi, altre esplodere in supernove, buchi neri al centro delle galassie che accumulano grandi quantità di materia e producono getti di luce e particelle che si estendono per milioni di anni: luce, particelle che bombardano l’atmosfera terrestre, ecc.

Ma non c’è niente di spaventoso in questo. Come racconto nei capitoli del mio libro, abbiamo un posto privilegiato per assistere a questo spettacolo di stelle che pulsano, esplodono, scattano, scintillano, ecc. Grazie all’approccio multi-messaggero, possiamo, in un certo modo e con un piccola poesia, fa appello a quasi tutti i nostri sensi per apprezzare la diversità di queste gioiose stelle: la vista con la luce, l’udito con le onde gravitazionali, il tatto con i raggi cosmici e il gusto con i neutrini.

I neutrini sono il filo conduttore del tuo libro con il progetto Grande. Di cosa si tratta?

I neutrini sono particelle piuttosto speciali. Innanzitutto sono di tre gusti, per questo mi piace parlare del significato di “gusto”. Ma interagiscono pochissimo con la materia; sono necessari esperimenti molto ampi che raccolgano dati nel corso degli anni per rilevarli. Alcuni sono interessati ai neutrini a bassa energia prodotti nel cuore del Sole e ai reattori nucleari. Altri, come IceCubein Antartide, o KM3Netnel Mediterraneo, riguardano anche neutrini di altissima energia provenienti da processi astrofisici.

I neutrini sono interessanti per l’astrofisica perché, a differenza dei nuclei atomici, non trasportano carica elettrica. Non vengono quindi deviati dai campi magnetici che bagnano gli ambienti intergalattici e galattici. Nel caso dei nuclei atomici, questi “raggi cosmici” hanno traiettorie piuttosto complesse che rendono impossibile risalire alla sorgente di queste particelle. I neutrini ignorano questi campi magnetici e si muovono in linea retta. È possibile determinarne l’origine. Nel 2023, la squadraIceCube raccolsero diverse migliaia di neutrini che dimostrarono provenissero dalla Via Lattea, disegnando così una mappa unica del piano galattico.

Esperienze come IceCube non può, tuttavia, vedere neutrini ad altissima energia (più di 1017 elettronvolt). Tuttavia, sappiamo che questi neutrini esistono perché vengono prodotti quando i raggi cosmici ad altissima energia interagiscono con i fotoni del fondo cosmico a microonde. Questi raggi cosmici ad altissima energia vengono rilevati e studiati, ad esempio, mediante esperimenti Pierre Augernell’Argentina.

Ma manca un esperimento ancora più grande, dedicato ai neutrini ad altissima energia. L’idea di Grande è il seguente. Alcuni neutrini dal sapore “tau” interagiscono con un atomo mentre attraversano la Terra. Producono quindi una particella tau, cugina dell’elettrone, più pesante e instabile, che si disintegra rapidamente in una cascata di particelle. Questi interagiranno con il campo magnetico terrestre ed emetteranno radiazioni elettromagnetiche nella gamma delle radiofrequenze. È questo segnale che vogliamo raccogliere con antenne distribuite su un’area di diverse decine di migliaia di chilometri quadrati. Con questi dati è possibile determinare le proprietà (energia e direzione) del neutrino iniziale.

La difficoltà è che dobbiamo essere in grado di distinguere questo segnale radio da tutte le emissioni legate all’attività umana. Molti fisici erano riservati riguardo alle nostre possibilità di successo.

Dov’è il progetto?

Attualmente disponiamo di un prototipo con 49 antenne operanti nel deserto del Gobi, in Cina. I risultati sono molto incoraggianti, isoliamo molto bene i segnali vaganti: possiamo ad esempio seguire il passaggio di un aereo nel cielo sopra il sito! Questi dati saranno preziosi per affinare la configurazione dell’esperimento nella sua versione finale. Stiamo anche discutendo con colleghi americani e argentini per utilizzare schiere di antenne che sfruttino diverse tecniche e miglioreranno la sensibilità dell’esperimento. Se tutto andrà bene – l’epidemia di Covid-19 ha causato un ritardo di quattro anni nel progetto –, Grande dovrebbe vedere i suoi primi neutrini astrofisici intorno al 2030.

Una particolarità del tuo libro è il suo tono molto incarnato, molto personale, perché questa scelta?

La mia intenzione iniziale quando ho iniziato a scrivere questo libro era raccontare l’avventura umana della ricerca. Dietro le scoperte, le teorie, le esperienze, ci sono persone che si incontrano per discutere, scambiare, che costruiscono amicizie, che si ispirano a vicenda. Per me, questo è ciò che rende il mondo della ricerca così entusiasmante. Ovviamente c’è la scienza che ci motiva ad alzarci ogni mattina, lavoriamo tutti per comprendere meglio il mondo che ci circonda, ma ciò sarebbe impossibile senza costruire questa comunità di persone.

Ho raccontato questa avventura nutrendola con la mia esperienza. Volevo dimostrare che, lontano dai cliché che vediamo nei film, la scienza avanza attraverso discussioni totalmente scollegate dal nostro lavoro di ricerca, tazze di caffè rovesciate, l’equilibrio che troviamo tra questa professione che richiede un investimento significativo e la vita personale .

Tra tutti questi incontri, quali sono stati i più importanti nella tua carriera?

Ce ne sono molti, ma alcuni hanno avuto un ruolo cruciale. Penso in particolare ad Angela Olinto, che ho conosciuto durante il mio postdoc a Chicago nel 2009. È stata la prima donna professoressa nel dipartimento di fisica dell’Università di Chicago. Mi ha ispirato molto su come fare scienza, ma anche su come coltivare le qualità umane per guidare una squadra, lavorare con collaborazioni internazionali e difendere il proprio posto come donna nell’ambiente della ricerca.

Anche James Cronin, che vinse il Premio Nobel per la fisica per la sua scoperta della violazione di alcune simmetrie nel decadimento delle particelle, è una figura importante nella mia carriera. Mi ha supportato moltissimo, soprattutto per lanciare il progetto Grande.

Oggi mi trovo nella posizione in cui giovani ricercatori vengono da me per chiedermi consigli. Questa inversione di ruoli nel ciclo delle trasmissioni è confusa, rassicurante e molto gratificante. Inoltre, in termini di incontri, gli studenti e i dottorandi sono una risorsa incredibile, portano moltissima energia al mio lavoro e al progetto. Grande.

E infine, devo ovviamente citare Olivier Martineau, mio ​​collega e complice del progetto Grande. All’inizio eravamo in due e ora siamo un centinaio a fare questa esperienza. Ciò probabilmente non sarebbe stato possibile senza la nostra grande complementarità.

A cavallo di un capitolo sui buchi neri nel tuo libro, fai un incontro inaspettato, chi è?

Sì, mentre scrivevo il libro, mi sono documentato molto su Karl Schwarzschild, che fu il primo, nel 1916, a trovare una soluzione esatta alle equazioni della relatività generale di Albert Einstein. È stata per me un’occasione per far emergere i miei corsi magistrali, ma mi sono anche immersa nei suoi quaderni. Lo spirito gioioso di questo personaggio mi ha davvero commosso. Mentre era in trincea sul fronte orientale, in condizioni spaventose, continuò a studiare fisica come fuga mentale. Continuò gli scambi epistolari con Albert Einstein e altri amici scientifici. Furono questi legami che gli permisero di non soccombere al buio della guerra (morirà però di malattia autoimmune nel 1916). Torniamo sempre alla stessa cosa: la scienza è soprattutto un’avventura umana.

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