Studiare lo spettro dei neutrini solari è tutt’altro che semplice.
Il fondo radiativo è un grande problema sperimentale e rende la rivelazione di neutrini molto difficile. Il fondo ha diverse componenti (o origini) ma le principali sono la radioattività dei materiali del rivelatore stesso, dell’ambiente in cui il rivelatore è costruito e i raggi cosmici.
Gli esperimenti possono essere seriamente compromessi dal fondo radiativo. In particolare, il fondo da raggi cosmici impone che questi esperimenti abbiano luogo in laboratori sotterranei: ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso, lo spessore medio della roccia sovrastante è di circa 1400 m e riduce (rispetto alla superficie) di un fattore 106 il flusso di muoni.
Borexino è stato specificatamente progettato per lo studio dei neutrini solari a bassa energia. Il successo di Borexino arriva come risultato di 15 anni di ricerca in cui, sviluppando le migliori tecniche di purificazione dello scintillatore, la collaborazione è riuscita non solo a raggiungere ma a migliorare ampiamente i limiti di radiopurezza richiesti. Attualmente Borexino è il luogo meno radioattivo del mondo!
L’esperimento Borexino ha cominciato a raccogliere dati nel 2007. Da allora, ha prodotto un considerevole numero di risultati scientifici tra cui la prima spettroscopia diretta dei neutrini solari dalla reazione protone-protone, la misura di precisione del tasso di interazione dei neutrini solari. Oltre ai risultati in ambito solare, Borexino ha anche pubblicato risultati significativi in altri campi della fisica come, ad esempio, la prima osservazione di anti-neutrini terrestri (i cosiddetti geoneutrini) e numerosi limiti su processi rari o proibiti. Oltre a queste applicazioni, Borexino offre un’opportunità unica per eseguire uno studio sulle oscillazioni di neutrini a breve distanza. Questa è l’idea alla base di SOX (Short distance neutrino Oscillations with boreXino).
L’esperimento SOX aspira alla completa conferma o a chiara smentita delle cosiddette “anomalie di neutrini”, prove circostanziali della sparizione di neutrini elettronici che sono state osservate a LSND, MiniBOone, con i reattori nucleari e con i rivelatori di neutrini solari al Gallio.
Se SOX avrà successo, dimostrerà inequivocabilmente l’esistenza della componente sterile dei neutrini e aprirà una nuova era nel campo della fisica delle particelle fondamentali e della cosmologia. L’osservazione di un segnale fisico significherebbe, infatti, la scoperta della prima particella oltre il modello standard elettrodebole.
In caso di risultato negativo, SOX avrà comunque il pregio di poter chiudere il lungo dibattito circa la veridicità delle anomalie di neutrini, proverà l’esistenza di nuova fisica nelle interazioni di neutrini a bassa energia, misurerà il momento magnetico del neutrino ed infine servirà come ottima calibrazione in energia per Borexino consentendo in futuro misure di neutrini solari ad altissima precisione.
L’esperimento SOX utilizzerà un innovativo generatore di antineutrini composto da Cerio 144, una sorgente radioattiva proveniente dal combustibile di un reattore nucleare russo. Q questa sorgente radioattiva da 100/150 mila curie sarà incapsulata nel più grande contenitore di tungsteno mai prodotto, fabbricato in Cina con 19 cm di spessore, per schermare le radiazioni gamma. L’attività radioattiva della sorgente è pari a circa un quarto del cesio 137 radioattivo emesso nell’oceano da Fukushima, come riporta il rapporto tecnico della Iaea sull’incidente.
L’esperimento Borexino-SOX è gestito da una collaborazione internazionale di circa 140 scienziati provenienti dall’Italia (Sezioni INFN e Università di Milano, Ferrara, Genova, Perugia, Napoli, Laboratori Nazionali del Gran Sasso e GSSI), dalla Francia (CEA Saclay e APC Parigi), dalla Germania (TUM Monaco, MPI-K Heildelberg, TU Dresda, Università di Tuebingen, Amburgo e Mainz), dalla Russia (JINR Dubna, Università Lomosonov Mosca, Kurchatov Institute Mosca e NPI S. Pietroburgo), dalla Polonia (Università Jagellonian), dall’Ucraina (Kiev INR) e dagli Stati Uniti (Università di Princeton, Hawaii, Massachusetts Amherst, Houston, UCLA e Virginia Polytechnic Institute).
