I neutrini sono una delle particelle più sfuggenti del cosmo, seconda solo alla materia oscura ultra-misteriosa. Esistono quantità considerevoli, partecipano alla forza nucleare debole e sono responsabili della fusione e del decadimento nucleare. Quindi, ogni volta che sta accadendo qualcosa di nucleare, i neutrini sono coinvolti. Ad esempio, il nucleo del sole è una gigantesca reazione di fusione nucleare, quindi naturalmente sta producendo un bel po' di neutrini. Ma i neutrini interagiscono così raramente con la materia che nonostante le migliaia di miliardi di miliardi che passano attraverso il nostro corpo ogni secondo, in tutta la nostra vita, il numero totale di neutrini che colpiranno effettivamente il tuo corpo è di circa ... Uno.
I neutrini sono così spettrali ed evanescenti che, per decenni, i fisici hanno ipotizzato che queste particelle fossero completamente prive di massa, viaggiando attraverso l'universo alla velocità della luce. Ma dopo che montagne di prove hanno iniziato ad accumularsi, gli scienziati hanno scoperto che i neutrini hanno una piccola quantità di massa.
Esattamente quanta massa possiedono è una questione di ricerca scientifica attiva. Esistono tre tipi di neutrini: il neutrino elettronico, il neutrino muonico e il neutrino tau. Ognuno di questi "sapori" partecipa a diversi tipi di reazioni nucleari e tutti e tre i tipi di neutrini hanno la strana capacità di cambiare da un'identità all'altra mentre viaggiano. Quindi, anche se riesci a vedere un neutrino e a determinarne il tipo, ne conosci solo una frazione di ciò che vorresti sapere.
La massa dei neutrini non ha alcuna spiegazione nel Modello Standard della fisica delle particelle, la nostra attuale e migliore teoria delle interazioni fondamentali. Quindi i fisici vorrebbero davvero fare due cose: misurare le masse dei tre sapori di neutrino e capire da dove provengono quelle masse. Ciò significa che devono fare molti esperimenti.
Negli ultimi anni, l'IceCube Neutrino Observatory in Antartide ha alzato la posta. Quell'osservatorio è costituito da un solido chilometro cubo di ghiaccio al Polo Sud, con dozzine di fili di ricevitori delle dimensioni della Torre Eiffel affondati per un chilometro dalla superficie. Dopo un decennio di lavoro, IceCube ha scoperto alcuni dei neutrini più energetici di sempre e ha fatto passi seppur timidi verso la ricerca delle loro origini.
Sfortunatamente, l'intera potenza di IceCube, dopo un decennio di osservazione, è stata in grado di catturare solo una manciata di questi neutrini ultra-potenti. Quindi avremo bisogno di un rilevatore più potente. Questa è l'idea alla base del Pacific Ocean Neutrino Experiment (P-ONE), una nuova proposta descritta in un articolo pubblicato sul server di prestampa arXiv a novembre: trasformare una massiccia fascia dell'Oceano Pacifico nel rivelatore di neutrini della natura.
Ancora una volta, il concetto è sorprendentemente semplice: trovare una parte adatta e solitaria del Pacifico (abbastanza facile), costruire lunghi fili di fotorivelatori, lunghi almeno un chilometro, affondare questi fili sul fondo dell'oceano, preferibilmente a una profondità di oltre 2 km, attaccarevi i galleggianti in modo che stiano in piedi nell'acqua, come gigantesche alghe meccaniche.
Il design P-ONE attualmente coinvolge sette cluster a 10 stringhe, con ogni stringa che ospita 20 elementi ottici. Si tratta di un totale di 1.400 fotorivelatori che galleggiano intorno a un'area del Pacifico di diversi chilometri di diametro, fornendo molta più copertura di IceCube. I neutrini colpiranno un po' di acqua dell'oceano ed emetteranno un piccolo lampo, e i rivelatori lo tracceranno.
Certo, è più difficile di quanto sembri. I fili si muoveranno costantemente, ondeggiando avanti e indietro con l'oceano stesso. E l'Oceano Pacifico è ... meno che puro, con sale e plancton e ogni sorta di escrementi di pesce che galleggiano intorno. Ciò cambierà il comportamento della luce tra i fili, rendendo difficile una misurazione precisa. Ciò significa che l'esperimento richiederà una calibrazione costante per adattarsi a tutte queste variabili e tracciare in modo affidabile i neutrini.