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I neutrini sono particelle con caratteristiche particolari: interagiscono con la materia solo attraverso l’interazione debole, senza subire l’effetto della gravità né interagire con la luce, e hanno massa trascurabile. Queste peculiarità permettono loro di viaggiare quasi indisturbati nello spazio, e allo stesso tempo li rendono particolarmente difficile da rilevare. Tra i processi che li producono ci sono le esplosioni di supernove. In particolare, il flusso integrato di neutrini provenienti da tutte le supernove nel corso della storia cosmica, dall’universo primordiale ad oggi, costituisce il fondo diffuso di neutrini da supernova (Dsnb, dall’inglese diffuse supernova neutrino background).
Ora per la prima volta è stata rilevata una traccia di questo fondo diffuso. Il merito del traguardo è della Collaborazione Super-Kamiokande, un gruppo internazionale costituito da circa 250 ricercatori provenienti da 60 università e istituti di ricerca. I risultati della ricerca sono stati presentati il 25 giugno scorso in occasione di Neutrino 2026: XXXII International Conference on Neutrino Physics and Astrophysics, conferenza sui neutrini tenutasi presso l’Università della California, Irvine, negli Stati Uniti.
Sin dalla nascita dell’universo, i neutrini emessi dalle supernove si sono diffusi nello spazio e si sono accumulati nel corso del tempo. Crediti: Kamioka Observatory, Institute for Cosmic Ray Research, Università di Tokyo
«L’osservazione della prima traccia al mondo della presenza di un fondo diffuso di neutrini da supernova è un risultato di grande significato ed è stato un obiettivo a lungo perseguito sin dall’inizio del progetto Super-Kamiokande», dice Hiroyuki Sekiya dell’Università di Tokyo, portavoce dell’esperimento.
Super-Kamiokande è un enorme osservatorio sotterraneo situato a mille metri di profondità nella prefettura di Gifu, in Giappone. Rileva la radiazione Čerenkov prodotta quando i neutrini interagiscono con l’acqua, utilizzando una vasca da 50mila tonnellate di acqua e circa 13mila tubi fotomoltiplicatori installati sottoterra. Questo permette di poter rilevare i neutrini e ridurre al minimo il rumore di fondo prodotto ad esempio dai raggi cosmici.
Per sintonizzarsi sul segnale, il team di ricerca ha condotto un’analisi dettagliata di circa cinquemila giorni – quasi 14 anni – di dati osservativi, combinando due fasi di raccolta dati che prevedevano l’uso di acqua ultrapura o di acqua ultrapura con l’aggiunta di gadolinio, un metallo che migliora la rilevazione.
L’impianto Super-Kamiokande.
L’aggiunta di gadolinio consente di distinguere e rilevare in modo più efficace i segnali provenienti dagli antineutrini elettronici, l’antiparticella del neutrino elettronico. Crediti: Kamioka Observatory, Institute for Cosmic Ray Research, Università di Tokyo
Il team ha individuato un segnale in eccesso statisticamente significativo nella fascia di energia dei neutrini compresa tra 13,3 e 81,3 megaelettronvolt. Il segnale viene descritto come un’indicazione, piuttosto che come una rilevazione definitiva, perché, sebbene non possa essere spiegato come una fluttuazione casuale, la sua significatività a 2,6 sigma non soddisfa ancora la soglia di scoperta, fissata a 5 sigma.
«Stiamo già pianificando di integrare le osservazioni in corso presso Super-Kamiokande con quelle del suo successore, Hyper-Kamiokande, per migliorare ulteriormente la sensibilità nei futuri studi collaborativi», dice Yosuke Ashida dell’Università di Tohoku. Rilevare il fondo diffuso di neutrini da supernova fornirebbe uno strumento osservativo per ricostruire quantitativamente la storia della nucleosintesi e della formazione stellare nell’universo, e perciò anche di verificare i modelli teorici. I risultati attuali potranno quindi contribuire a una migliore comprensione dell’evoluzione chimica dell’universo.