INTERVISTA al Prof. Piero Monacelli:“grande corsa dei neutrini” da Ginevra al Gran Sasso.

L’hanno chiamata “la grande corsa dei neutrini”, da Ginevra ai laboratori del GRan Sasso è uno degli esperimenti più spettacolari e complessi della fisica di questi ultimi anni. ce ne parla in un intervista uno dei responsabili del progetto il prof.Piero Monacelli

Autore: Filippo Baglini
fatta il : 14 Settembre 2006

L’hanno chiamata “la grande corsa dei neutrini“, da Ginevra ai laboratori del GRan Sasso è uno degli esperimenti più spettacolari e complessi della fisica di questi ultimi anni. ce ne parla in un intervista uno dei responsabili del progetto il prof.Piero Monacelli:

Professore ci può spiegare di che cosa è il progetto CNGS? Si parla di una corsa di neutrini, cosa sono, e perché si sono scelti proprio loro per fare questo esperimento.
Il progetto CNGS (CERN to Gran Sasso) consiste nel mandare un fascio di neutrini, prodotti al CERN di Ginevra, ad una distanza di 730 km fino ai Laboratori sotterranei del Gran Sasso, dove verranno studiati utilizzando enormi apparati sperimentali appositamente costruiti.
Da qualche decennio sappiamo che di neutrini ne esistono tre tipi, e se questi hanno una massa diversa da zero, potrebbero trasformarsi nel loro viaggio, da un tipo ad un altro. Questo fenomeno, ipotizzato negli anni cinquanta dal fisico italiano del gruppo di Fermi, poi fuggito in Russia, Bruno Pontecorvo, e’ importante proprio perché fornirebbe la dimostrazione che i neutrini hanno massa diversa da zero.

Perché è così fondamentale scoprire la massa dei neutrini?
Tutte le misure della massa dei neutrini eseguite fin’ora danno un risultato compatibile con zero, risultato che e’ consistente con le previsioni delle attuali teorie delle particelle elementari. La scoperta del fatto che i neutrini abbiano un massa diversa da zero, sarebbe il primo segnale di “una nuova fisica” con possibili importanti implicazioni nella nostra conoscenza dell’ universo. Teniamo conto che i neutrini, insieme agli elettroni ed ai quark, rappresentano i costituenti più “elementari” dell’universo.

Come è possibile sparare un fascio di neutrini e farli viaggiare da Ginevra fino in Italia in Abruzzo?
I neutrini hanno la caratteristica di attraversare enormi quantità di materia senza esserne assorbiti. Non solo sono capaci di percorrere sottoterra i 730km che separano Ginevra dal Gran Sasso, ma , ad esempio, altri neutrini prodotti dal sole, riescono ad attraversar tranquillamente il sole stesso, viaggiando alla velocità della luce, e ad arrivare sulla terra dopo appena 8 minuti dalla loro produzione. Sempre al Gran Sasso, vengono studiati anche questi neutrini che ci arrivano dal centro del sole, ove avvengono le reazioni di fusione nucleare che producono grandissime quantità di neutrini, oltre al calore che ci tiene in vita. Questi neutrini ci danno informazioni “in tempo reale” su quanto avviene al centro del sole, mentre se noi studiamo il sole con mezzi tradizionali degli astronomi, abbiamo informazioni che ci provengono solo dalla superficie più esterna. Sono stati i neutrini solari a darci il primo segnale che l’ipotesi di Pontecovo potesse essere vera, ed utilizzare un fascio di neutrini artificiali ci permette di sceglierne la composizione iniziale e l’energia e di conoscerne ad ogni istante l’intensità.
Al CERN di Ginevra è stato pertanto costruito un fascio puntato appositamente nella direzione del Gran Sasso, utilizzando i grandi acceleratori di particelle già esistenti in questo centro europeo, che rappresenta il più importante centro di ricerca di fisica subnucleare del mondo. Il fascio deve essere diretto in basso di qualche grado per tener conto della curvatura terrestre.
La caratteristica dei neutrini di non essere assorbiti dalla materia li rende anche perfettamente innocui per noi e per tutta la materia vivente (altrimenti dovremmo preoccuparci innanzitutto dei miliardi di neutrini solari che ci bombardano ogni secondo!)

Cosa viene visualizzato sugli schermi dei laboratori del Gran Sasso quando arrivano i neutrini sparati da Ginevra?
In neutrini non perdono energia nella materia e quindi non lasciano normalmente alcuna traccia nei rivelatori che vengono impiegati per studiare le particelle normali (elettroni, protoni etc). L’unico modo di rivelarli è riuscire ad osservare i prodotti di un loro “urto” con il materiale degli apparati sperimentali. Negli apparati sperimentali quindi non si vede l’arrivo del neutrino ma improvvisamente si vedono comparire delle particelle secondarie prodotte dall’urto del neutrino con la materia, particelle che hanno in media la direzione del neutrino in arrivo. Questi eventi assomigliano agli urti prodotti da altre particelle, ad esempio protoni o elettroni, ma, a differenza di questi ultimi, non si vede la particella che ha prodotto l’urto.

Dall’esperimento cosa si può comprende della materia, si possono trovare ancora dei pezzetti fondamentali per capire come si è formato il cosmo?
Le moderne teorie della struttura più intima della materia, ci dicono che i neutrini sono delle particelle fondamentali e lo studio delle loro caratteristiche ci potrà fornire importantissimi risultati sull’origine dell’Universo e sulla sua evoluzione. Le moderne teorie del BIG BANG ci dicono ad esempio che originariamente devono essere stati prodotti uguali quantità di materia e di antimateria. Come mai allora l’universo attuale è formato praticamente soltanto di materia? L’eventualità che i neutrini abbiamo massa ci apre una finestra su nuove teorie più avanzate delle attuali, secondo le quali potrebbero dischiudersi degli scenari totalmente nuovi.

Perché per studiare particelle piccolissime come i neutrini è necessario costruire apparati di enormi dimensioni come per esempio Opera, una struttura da 1800 tonnellate e alta una ventina di metri.?
Abbiamo detto che i neutrini sono in grado di attraversare enormi quantità di materia senza esserne assorbiti: questa caratteristica da un lato rende possibile sparare un fascio da Ginevra al Gran Sasso senza dover costruire fantascientifici tunnel sotterranei, ma dall’altro ci dice che per sperare di veder interagire uno dei miliardi di neutrini che formano il fascio, dobbiamo costruire un apparato che abbia una grandissima massa. Questo è il motivo per cui gli apparati in grado di rivelare i neutrini devono avere masse dell’ordine delle migliaia di tonnellate, equipaggiati con rivelatori estremamente precisi.

Professore molte persone sono allo scuro di quello che succede nel mondo della fisica, secondo lei come è possibile avvicinare gli importanti esperimenti che vengono fatti nei grandi laboratori alla società, e far capire che la scienza non è riservata solo a poche persone, ma è un bene per l’umanità?
Credo che la colpa di ciò sia dovuta in parte alla nostra “cultura” ed in parte agli stessi scienziati che si sforzano troppo poco di rendere partecipi il grande pubblico delle loro scoperte.
La nostra “cultura” è per tradizione una cultura “classica”. Quando diciamo che un persona è colta sottintendiamo abitualmente che si tratta di una persona che conosce la letteratura, l’arte, la storia, etc., ma magari è completamente digiuna di scienza. Nella nostra tradizione la scienza non fa parte, della “cultura”. E questo sicuramente contribuisce ad isolarla in un ambito per soli specialisti.
D’altro lato ritengo che chi fa ricerca dovrebbe sentire l’obbligo morale di diffondere le sue conoscenze a tutti i livelli, e questo sforzo viene purtroppo fatto solo da pochissimi scienziati.
E’ anche ovvio che le teoria più avanzate non possono essere sempre spiegate nella loro complessità, si può però sempre cercare di adattare il linguaggio alle conoscenze medie della gente comune. Quando questo viene fatto con competenza, l’interesse delle persone è sempre fortissimo.

Quali importati scoperte devono essere ancora fatte? E che riscontri possono avere sull’uomo?
Nel campo della fisica delle particelle elementari ci troviamo forse in una situazione analoga a quella della fisica classica della fine dell’ottocento: c’è una buona teoria che spiega quasi tutto, mancano solo alcuni “dettagli”( e la massa dei neutrini è uno di questi “dettagli”) e poi sembrerebbe che tutto sia ben inquadrato e ben spiegato. L’esperienza della fine dell’ottocento ci insegna però che questi piccoli “dettagli” potrebbero aprirci un mondo totalmente nuovo (che all’inizio del novecento è stato aperto dalla teoria della relatività e dalla teoria dei quanti) che però ancora non possiamo prevedere!

La ringrazio molto Professore è stato molto gentile, spero di poterla ancora intervistare e avere la fortuna di seguire gli sviluppi di Opera.

: 14 Settembre 2006
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L’hanno chiamata “la grande corsa dei neutrini”, da Ginevra ai laboratori del GRan Sasso è uno degli esperimenti più spettacolari e complessi della fisica di questi ultimi anni. ce ne parla in un intervista uno dei responsabili del progetto il prof.Piero Monacelli:

Professore ci può spiegare di che cosa è il progetto CNGS? Si parla di una corsa di neutrini, cosa sono, e perché si sono scelti proprio loro per fare questo esperimento.
Il progetto CNGS (CERN to Gran Sasso) consiste nel mandare un fascio di neutrini, prodotti al CERN di Ginevra, ad una distanza di 730 km fino ai Laboratori sotterranei del Gran Sasso, dove verranno studiati utilizzando enormi apparati sperimentali appositamente costruiti.
Da qualche decennio sappiamo che di neutrini ne esistono tre tipi, e se questi hanno una massa diversa da zero, potrebbero trasformarsi nel loro viaggio, da un tipo ad un altro. Questo fenomeno, ipotizzato negli anni cinquanta dal fisico italiano del gruppo di Fermi, poi fuggito in Russia, Bruno Pontecorvo, e’ importante proprio perché fornirebbe la dimostrazione che i neutrini hanno massa diversa da zero.

Perché è così fondamentale scoprire la massa dei neutrini?
Tutte le misure della massa dei neutrini eseguite fin’ora danno un risultato compatibile con zero, risultato che e’ consistente con le previsioni delle attuali teorie delle particelle elementari. La scoperta del fatto che i neutrini abbiano un massa diversa da zero, sarebbe il primo segnale di “una nuova fisica” con possibili importanti implicazioni nella nostra conoscenza dell’ universo. Teniamo conto che i neutrini, insieme agli elettroni ed ai quark, rappresentano i costituenti più “elementari” dell’universo.

Come è possibile sparare un fascio di neutrini e farli viaggiare da Ginevra fino in Italia in Abruzzo?
I neutrini hanno la caratteristica di attraversare enormi quantità di materia senza esserne assorbiti. Non solo sono capaci di percorrere sottoterra i 730km che separano Ginevra dal Gran Sasso, ma , ad esempio, altri neutrini prodotti dal sole, riescono ad attraversar tranquillamente il sole stesso, viaggiando alla velocità della luce, e ad arrivare sulla terra dopo appena 8 minuti dalla loro produzione. Sempre al Gran Sasso, vengono studiati anche questi neutrini che ci arrivano dal centro del sole, ove avvengono le reazioni di fusione nucleare che producono grandissime quantità di neutrini, oltre al calore che ci tiene in vita. Questi neutrini ci danno informazioni “in tempo reale” su quanto avviene al centro del sole, mentre se noi studiamo il sole con mezzi tradizionali degli astronomi, abbiamo informazioni che ci provengono solo dalla superficie più esterna. Sono stati i neutrini solari a darci il primo segnale che l’ipotesi di Pontecovo potesse essere vera, ed utilizzare un fascio di neutrini artificiali ci permette di sceglierne la composizione iniziale e l’energia e di conoscerne ad ogni istante l’intensità.
Al CERN di Ginevra è stato pertanto costruito un fascio puntato appositamente nella direzione del Gran Sasso, utilizzando i grandi acceleratori di particelle già esistenti in questo centro europeo, che rappresenta il più importante centro di ricerca di fisica subnucleare del mondo. Il fascio deve essere diretto in basso di qualche grado per tener conto della curvatura terrestre.
La caratteristica dei neutrini di non essere assorbiti dalla materia li rende anche perfettamente innocui per noi e per tutta la materia vivente (altrimenti dovremmo preoccuparci innanzitutto dei miliardi di neutrini solari che ci bombardano ogni secondo!)

Cosa viene visualizzato sugli schermi dei laboratori del Gran Sasso quando arrivano i neutrini sparati da Ginevra?
In neutrini non perdono energia nella materia e quindi non lasciano normalmente alcuna traccia nei rivelatori che vengono impiegati per studiare le particelle normali (elettroni, protoni etc). L’unico modo di rivelarli è riuscire ad osservare i prodotti di un loro “urto” con il materiale degli apparati sperimentali. Negli apparati sperimentali quindi non si vede l’arrivo del neutrino ma improvvisamente si vedono comparire delle particelle secondarie prodotte dall’urto del neutrino con la materia, particelle che hanno in media la direzione del neutrino in arrivo. Questi eventi assomigliano agli urti prodotti da altre particelle, ad esempio protoni o elettroni, ma, a differenza di questi ultimi, non si vede la particella che ha prodotto l’urto.

Dall’esperimento cosa si può comprende della materia, si possono trovare ancora dei pezzetti fondamentali per capire come si è formato il cosmo?
Le moderne teorie della struttura più intima della materia, ci dicono che i neutrini sono delle particelle fondamentali e lo studio delle loro caratteristiche ci potrà fornire importantissimi risultati sull’origine dell’Universo e sulla sua evoluzione. Le moderne teorie del BIG BANG ci dicono ad esempio che originariamente devono essere stati prodotti uguali quantità di materia e di antimateria. Come mai allora l’universo attuale è formato praticamente soltanto di materia? L’eventualità che i neutrini abbiamo massa ci apre una finestra su nuove teorie più avanzate delle attuali, secondo le quali potrebbero dischiudersi degli scenari totalmente nuovi.

Perché per studiare particelle piccolissime come i neutrini è necessario costruire apparati di enormi dimensioni come per esempio Opera, una struttura da 1800 tonnellate e alta una ventina di metri.?
Abbiamo detto che i neutrini sono in grado di attraversare enormi quantità di materia senza esserne assorbiti: questa caratteristica da un lato rende possibile sparare un fascio da Ginevra al Gran Sasso senza dover costruire fantascientifici tunnel sotterranei, ma dall’altro ci dice che per sperare di veder interagire uno dei miliardi di neutrini che formano il fascio, dobbiamo costruire un apparato che abbia una grandissima massa. Questo è il motivo per cui gli apparati in grado di rivelare i neutrini devono avere masse dell’ordine delle migliaia di tonnellate, equipaggiati con rivelatori estremamente precisi.

Professore molte persone sono allo scuro di quello che succede nel mondo della fisica, secondo lei come è possibile avvicinare gli importanti esperimenti che vengono fatti nei grandi laboratori alla società, e far capire che la scienza non è riservata solo a poche persone, ma è un bene per l’umanità?
Credo che la colpa di ciò sia dovuta in parte alla nostra “cultura” ed in parte agli stessi scienziati che si sforzano troppo poco di rendere partecipi il grande pubblico delle loro scoperte.
La nostra “cultura” è per tradizione una cultura “classica”. Quando diciamo che un persona è colta sottintendiamo abitualmente che si tratta di una persona che conosce la letteratura, l’arte, la storia, etc., ma magari è completamente digiuna di scienza. Nella nostra tradizione la scienza non fa parte, della “cultura”. E questo sicuramente contribuisce ad isolarla in un ambito per soli specialisti.
D’altro lato ritengo che chi fa ricerca dovrebbe sentire l’obbligo morale di diffondere le sue conoscenze a tutti i livelli, e questo sforzo viene purtroppo fatto solo da pochissimi scienziati.
E’ anche ovvio che le teoria più avanzate non possono essere sempre spiegate nella loro complessità, si può però sempre cercare di adattare il linguaggio alle conoscenze medie della gente comune. Quando questo viene fatto con competenza, l’interesse delle persone è sempre fortissimo.

Quali importati scoperte devono essere ancora fatte? E che riscontri possono avere sull’uomo?
Nel campo della fisica delle particelle elementari ci troviamo forse in una situazione analoga a quella della fisica classica della fine dell’ottocento: c’è una buona teoria che spiega quasi tutto, mancano solo alcuni “dettagli”( e la massa dei neutrini è uno di questi “dettagli”) e poi sembrerebbe che tutto sia ben inquadrato e ben spiegato. L’esperienza della fine dell’ottocento ci insegna però che questi piccoli “dettagli” potrebbero aprirci un mondo totalmente nuovo (che all’inizio del novecento è stato aperto dalla teoria della relatività e dalla teoria dei quanti) che però ancora non possiamo prevedere!

La ringrazio molto Professore è stato molto gentile, spero di poterla ancora intervistare e avere la fortuna di seguire gli sviluppi di Opera.

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