Introduzione

Una nuova ricerca che ha visto come co-autore un assistente professore di fisica della Virginia Tech, fornisce una nuova spiegazione per due recenti strani eventi accaduti in Antartide – neutrini ad alta energia che sembrano uscire dalla Terra di loro spontanea volontà e che si dirigono verso il cielo.

Le anomalia: risposte contrastanti

Le anomalie si sono verificate nel 2016 e nel 2018 e sono state scoperte da scienziati alla ricerca di raggi cosmici ad altissima energia e neutrini provenienti dallo spazio, tutti tracciati da una serie di antenne radio collegate a un pallone aerostatico che galleggiava a circa 23 miglia sopra il Polo Sud. I neutrini sono particelle estremamente piccole, create in vari modi come da stelle che esplodono e dai raggi gamma. Sono ovunque nell’universo e sono abbastanza piccoli da poter passare attraverso qualsiasi oggetto, dalle persone agli edifici e alla Terra stessa.

Gli eventi sono stati scoperti dagli scienziati nell’esperimento ANITA – che è l’abbreviazione di Antarctic Impulsive Transient Antenna, iniziato nel 2006 – al Polo Sud. Per due volte, gli scienziati dell’ANITA hanno scoperto segnali radio che imitano neutrini altamente energetici che sembrano emergere dal terreno di loro spontanea volontà. Gli scienziati rimangono perplessi di fronte a tali fenomeni e vi hanno dedicato circa 40 articoli che finora hanno dato risposte completamente diverse: gli impulsi sono neutrini che sono passati senza impedimenti attraverso l’intero nucleo della Terra e sono usciti dal suolo; gli impulsi sono il ricercato “quarto” neutrino, noto come neutrino sterile; la colpa è della misteriosa “materia oscura” dello spazio; questa è una frontiera del tutto sconosciuta della fisica delle particelle e/o dell’astrofisica.

Ian Shoemaker, assistente professore del Dipartimento di Fisica e del Center for Neutrino Physics

La nuova spiegazione

Ian Shoemaker, assistente professore del Dipartimento di Fisica e del Center for Neutrino Physics – entrambi facenti parte del Virginia Tech College of Science – ha una spiegazione diversa e più semplice. In un recente articolo pubblicato sulla rivista Annals of Glaciology, Shoemaker e diversi colleghi affermano che le anomalie non sono dovute ai neutrini, ma sono semplicemente riflessi non capovolti dei raggi cosmici ad altissima energia che arrivano dallo spazio – manca lo strato superiore di ghiaccio – per poi entrare nel terreno, colpendo la neve profonda e compattata nota come firn.

Pensiamo che il colpevole sia il firn del sottosuolo“, ha detto Shoemaker, aggiungendo che “il firn è qualcosa tra la neve e il ghiaccio glaciale. È neve compattata che non è abbastanza densa da essere ghiaccio. Quindi, si possono avere inversioni di densità, con intervalli in cui si passa da un’alta densità a una bassa densità e in quei punti cruciali può avvenire questa riflessione e potrebbe spiegare questi eventi“.

Una mappa (a sinistra) e uno zoom-in (a destra) dell’Antartide, che mostra i due eventi anomali verso l’alto – rappresentati da punti rossi – osservati dall’esperimento ANITA, sovrapposti alla velocità del ghiaccio superficiale (rappresentata dalla colorazione viola/blu) e ai contorni della superficie rialzati di 500 metri. Il punto rosso superiore rappresenta l’anomalia registrata nel 2018, mentre il punto inferiore rappresenta l’anomalia registrata nel 2016. Entrambi gli eventi si trovano in regioni a bassa velocità della superficie ghiacciata e ad alta elevazione da 1,86 a 2,17 miglia, secondo Shoemaker. Immagine per gentile concessione di Ian Shoemaker.

Shoemaker è stato affiancato nel documento da Alexander Kusenko del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università della California Los Angeles; Andrew Romero-Wolf, membro del team ANITA e ricercatore presso il Jet Propulsion Laboratory del California Institute of Technology; e altri quattro ricercatori, tra cui due glaciologi: Dustin Shroeder della Stanford University e Martin Siegert dell’Imperial College di Londra.

Chiamatelo un caso di Occam’s razor (la teoria secolare secondo cui la soluzione più semplice è molto probabilmente quella corretta, la ricordiamo per chi avesse saltato filosofia al college), ma Shoemaker non sta sminuendo ANITA. “Qualunque cosa ANITA abbia trovato, è molto interessante, ma potrebbe non essere una scoperta della fisica delle particelle da premiare con il Nobel“. Ma non esclude che le cosiddette anomalie non abbiano alcun valore scientifico. “ANITA potrebbe ancora aver scoperto qualcosa di interessante sulla glaciologia invece che sulla fisica delle particelle, potrebbe essere che ANITA abbia scoperto qualche piccolo lago glaciale insolito“.

Possibile alternativa

I laghi subglaciali sono stati un’altra considerazione di Shoemaker e del suo team. Questi laghi, profondamente sotterranei, sono però troppo distanti tra loro secondo le ricerche attuali e quindi non sono la spiegazione più probabile. Ma se ci fossero molti più laghi di quelli conosciuti in precedenza, questa scoperta sarebbe una grande vittoria per gli scienziati che studiano il paesaggio e l’interno dell’Antartide. Shoemaker e il suo team suggeriscono agli scienziati di far esplodere intenzionalmente i segnali radio nelle zone in cui si sono verificate le anomalie.

Non ne sapevo nulla, ma esistono davvero“, ha detto Shoemaker dei laghi subglaciali dell’Antartide. “Ci sono laghi sotto il ghiaccio in Antartide e quelli avrebbero le giuste proprietà riflettenti, ma non sono abbastanza diffusi. La nostra idea è che parte dell’impulso radio di un raggio cosmico può arrivare in profondità nel ghiaccio prima di riflettersi, in modo da poter avere il riflesso senza il capovolgimento di fase. Senza capovolgere l’onda, in questo caso, sembra davvero un neutrino“.

Shoemaker ha aggiunto che “Quando i raggi cosmici, o neutrini, attraversano il ghiaccio ad energie molto elevate, si disperdono sui materiali all’interno del ghiaccio, sui protoni e sugli elettroni, e possono generare una raffica radio, un bel segnale radio grande che gli scienziati possono vedere. Il problema è che questi segnali hanno la caratteristica dell’impulso radio caratteristico di un neutrino, ma sembrano attraversare molto di più di quanto sia possibile, secondo la fisica conosciuta. I neutrini ordinari non sono così. Ma i raggi cosmici a queste energie sono eventi comuni e sono stati visti da molti, molti esperimenti“.

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