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Un team di scienziati canadesi ha compiuto un'osservazione senza precedenti, assistendo alla trasformazione di un isotopo di carbonio in un isotopo di azoto a vita breve, innescata da un neutrino solare. Questo fenomeno, avvenuto nel laboratorio sotterraneo SNOLAB in Canada, rappresenta una vera e propria forma di alchimia nucleare, dove una particella elusiva come il neutrino modifica la struttura di un nucleo atomico.
L'esperimento, condotto dalla collaborazione SNO+, si è svolto in un ambiente estremamente protetto, a 2 km di profondità sotto terra. Questa collocazione strategica serve a schermare il rivelatore di neutrini dalle interferenze di altre particelle elementari, permettendo di isolare e studiare i neutrini, che sono in grado di attraversare la materia con estrema facilità, persino uno strato di piombo spesso un anno luce.
L'obiettivo principale dei ricercatori era quello di osservare i neutrini solari, che, a differenza dei neutrini atmosferici o cosmici generati da eventi cosmici violenti come le esplosioni di supernove, possiedono un'energia inferiore e sono quindi più facili da individuare. Il rivelatore SNOLAB è costituito da una sfera contenente circa 800 tonnellate di scintillatore liquido, nello specifico alchilbenzene lineare. All'interno di questa soluzione è presente l'isotopo carbonio-13 (13C) in una percentuale di circa l'1,1%. Nonostante la rarità dell'interazione, gli scienziati sono riusciti a registrare diversi eventi di questo tipo.
Quando un neutrino interagisce con il nucleo di un atomo di 13C, composto da sei protoni e sette neutroni, colpisce uno dei neutroni, trasformandolo in un protone ed emettendo un elettrone. Questo evento viene rilevato dai fotomoltiplicatori grazie alla debole emissione di luce prodotta dallo scintillatore. La trasmutazione nucleare converte l'atomo di carbonio in un atomo di azoto-13 (13N), che possiede sette protoni e sei neutroni. L'isotopo 13N è instabile e decade in circa 10 minuti, emettendo un positrone, che a sua volta produce un'ulteriore emissione di luce rilevata dai sensori. La sequenza di due lampi di luce, separati da un intervallo di tempo specifico, rappresenta la firma inequivocabile della trasformazione del 13C in 13N.
In un periodo di osservazione di 231 giorni, compreso tra maggio 2022 e giugno 2023, sono stati registrati 60 eventi candidati. L'analisi statistica ha rivelato che 5,6 eventi sono stati effettivamente causati dall'interazione dei neutrini, un valore che si avvicina alle 4,7 interazioni previste teoricamente. Questa misurazione rappresenta la determinazione diretta a più bassa energia della sezione d'urto di questa reazione. La scoperta conferma le previsioni teoriche sulle interazioni deboli dei neutrini a basse energie e apre la strada all'utilizzo dei neutrini solari come un fascio naturale per studiare processi nucleari rari, contribuendo all'avanzamento della fisica fondamentale.
Questi risultati, pubblicati su riviste scientifiche di rilievo, non solo confermano le teorie esistenti ma aprono anche nuove prospettive per la ricerca nel campo della fisica delle particelle e dell'astrofisica. Comprendere meglio le interazioni dei neutrini con la materia è fondamentale per approfondire la nostra conoscenza del Sole e degli altri corpi celesti, nonché per sviluppare nuove tecnologie nel campo della diagnostica medica e della produzione di energia.
