Il diagramma mostra i geoneutrini dall'interno della terra misurati dal rilevatore Borexino, determinando gli spettri energetici finali. L'asse x mostra la carica (numero di fotoelettroni) del segnale, che è una misura dell'energia depositata nel rivelatore, e l'asse y mostra il numero di eventi misurati. Credito:Collaborazione Borexino
Gli scienziati coinvolti nella collaborazione Borexino hanno presentato nuovi risultati per la misurazione dei neutrini provenienti dall'interno della Terra. Le sfuggenti "particelle fantasma" raramente interagiscono con la materia, rendendo difficile la loro individuazione. Con questo aggiornamento, i ricercatori sono stati ora in grado di accedere a 53 eventi, quasi il doppio rispetto alla precedente analisi dei dati del rivelatore Borexino, che si trova 1, 400 metri sotto la superficie terrestre nel massiccio del Gran Sasso vicino a Roma. I risultati forniscono una visione esclusiva dei processi e delle condizioni all'interno della terra che rimangono sconcertanti fino ad oggi.
La terra splende, anche se non è affatto visibile ad occhio nudo. La ragione di ciò è geoneutrinos, che sono prodotti nei processi di decadimento radioattivo all'interno della Terra. Ogni secondo, circa un milione di queste sfuggenti particelle penetrano in ogni centimetro quadrato della superficie del nostro pianeta.
Il rilevatore Borexino, situato nel più grande laboratorio sotterraneo del mondo, i Laboratori Nazionali del Gran Sasso in Italia, è uno dei pochi rivelatori al mondo in grado di osservare queste particelle spettrali. I ricercatori lo usano per raccogliere dati sui neutrini dal 2007, cioè da più di dieci anni. Entro il 2019, sono stati in grado di registrare il doppio degli eventi rispetto al momento dell'ultima analisi nel 2015 e di ridurre l'incertezza delle misurazioni dal 27 al 18 percento, ciò è dovuto anche a nuovi metodi di analisi.
"I geoneutrini sono le uniche tracce dirette del decadimento radioattivo che si verificano all'interno della Terra, e che producono una parte ancora sconosciuta dell'energia che guida tutte le dinamiche del nostro pianeta, " spiega Livia Ludhova, uno dei due attuali coordinatori scientifici di Borexino e capo del gruppo dei neutrini presso l'Istituto di fisica nucleare (IKP) al Forschungszentrum Jülich.
Visualizza l'interno del rilevatore Borexino. Credito:Collaborazione Borexino
I ricercatori della collaborazione Borexino hanno estratto, con una migliore significatività statistica, il segnale dei geoneutrini proveniente dal mantello terrestre che si trova al di sotto della crosta terrestre sfruttando il noto contributo del mantello e della crosta superiori della Terra, la cosiddetta litosfera.
L'intenso campo magnetico, l'incessante attività vulcanica, il movimento delle placche tettoniche, e convezione del mantello:le condizioni all'interno della Terra sono per molti versi uniche nell'intero sistema solare. Da oltre 200 anni gli scienziati discutono sulla provenienza del calore interno della Terra.
"L'ipotesi che non ci sia più radioattività in profondità nel mantello può ora essere esclusa per la prima volta al livello di confidenza del 99%. Ciò consente di stabilire limiti inferiori per le abbondanze di uranio e torio nel mantello terrestre, " dice Livia Ludhova.
Questi valori sono di interesse per molti calcoli di modelli terrestri differenti. Per esempio, è altamente probabile (85%) che i processi di decadimento radioattivo all'interno della Terra generino più della metà del calore interno della Terra, mentre l'altra metà è ancora largamente derivata dalla formazione originaria della Terra. I processi radioattivi nella Terra forniscono quindi una parte non trascurabile dell'energia che alimenta i vulcani, terremoti, e il campo magnetico terrestre.
L'ultima pubblicazione in Fis. Rev. D non solo presenta i nuovi risultati, ma spiega anche l'analisi in modo completo sia dal punto di vista fisico che geologico, che sarà utile per i rivelatori a scintillatore liquido di prossima generazione che misureranno i geoneutrini. La prossima sfida per la ricerca con i geoneutrini è ora quella di essere in grado di misurare i geoneutrini dal mantello terrestre con maggiore precisione, magari con rivelatori distribuiti in diverse posizioni del nostro pianeta. Uno di questi rivelatori sarà il rivelatore JUNO in Cina, dove è coinvolto il gruppo di neutrini IKP. Il rivelatore sarà 70 volte più grande di Borexino, il che aiuta a raggiungere una maggiore significatività statistica in un breve lasso di tempo.
