L’osservatorio IceCube concepito da Halzen apre una nuova finestra sull’universo dalla quale vedere sempre più in profondità
L’Accademia Reale Svedese delle Scienze ha annunciato il 6 ottobre l’assegnazione del Premio Nobel per la Fisica 2026 a Francis Halzen, fisico belga-americano, per il suo contributo decisivo alla costruzione dell’osservatorio IceCube e per la prima rilevazione di neutrini astrofisici ad alta energia. Il professore dell’Università del Wisconsin-Madison, 82 anni, ha ricevuto il premio per intero e cioè 12 milioni di corone svedesi, circa 1,1 milioni di euro.
Una scommessa durata trentotto anni
La storia comincia nel 1988. All’epoca Halzen propose un’idea che ai colleghi sembrava quasi assurda: seppellire rivelatori nel ghiaccio antartico per catturare una particella subatomica che non interagisce praticamente con nulla: il neutrino.
I neutrini sono chiamati “particelle fantasma”. Non hanno carica elettrica, possiedono una massa minuscola e attraversano la materia come se non esistesse. Ogni secondo, miliardi di miliardi di neutrini passano attraverso il nostro corpo senza che ce ne accorgiamo. Proprio per questo, catturarli è particolarmente difficile.
Da dove vengono i neutrini
Ci sono neutrini prodotti nell’ambito terrestre: dai raggi cosmici che colpiscono l’atmosfera (neutrini atmosferici), dai reattori nucleari o dagli acceleratori di particelle. Viceversa, ci sono neutrini che non provengono da processi terrestri o artificiali, ma da fenomeni che avvengono nello spazio. Possono essere prodotti dal sole, dalle stelle, dalle esplosioni di supernova, dai buchi neri, dalle galassie lontane.
I neutrini solari provengono dalle reazioni di fusione nucleare nel sole. I neutrini da supernova, invece, sono emessi in enormi quantità durante il collasso del nucleo di una stella massiccia. Il caso più famoso è la supernova SN 1987A, i cui neutrini furono captati da diversi rivelatori nel 1987.
Neutrini ad alta energia
Questa è la categoria che interessa direttamente IceCube e il Nobel 2026. Sono neutrini con energie enormemente superiori a quelli solari o da supernova, e cioè fino a milioni di miliardi di elettronvolt (PeV). Provengono da sorgenti cosmiche estremamente violente: nuclei galattici attivi, blazar, lampi gamma, possibili sorgenti di raggi cosmici ultra-energetici.
Perché sono così importanti
A differenza delle particelle quali fotoni o raggi cosmici, i neutrini non vengono assorbiti né deviati lungo il loro cammino. Un fotone gamma emesso a miliardi di anni luce di distanza può essere attenuato dalla radiazione di fondo o curvato dai campi presenti nella galassia, perdendo ogni informazione sulla direzione di origine.
Il neutrino, invece, attraversa tutto senza cambiare ma mantiene la sua energia e la sua direzione. Per questo, quando IceCube rileva un neutrino astrofisico ad alta energia, possiamo in linea di principio risalire alla sorgente che lo ha prodotto e osservare processi che nessun’altra finestra dell’universo permette di vedere.
La soluzione di Halzen: usare il ghiaccio dell’Antartide
IceCube si trova presso la stazione Amundsen–Scott, al Polo Sud, e occupa un volume di un chilometro cubo di ghiaccio antartico. Sotto la superficie, 5.160 sensori ottici sono sospesi in una rete tridimensionale che scende fino a 2.450 metri di profondità.
Il principio è di una semplicità sorprendente: quando uno dei rarissimi neutrini collide con un nucleo atomico nel ghiaccio, produce un debolissimo lampo di luce chiamato dai fisici radiazione Cherenkov. I sensori registrano la traccia luminosa e i ricercatori possono risalire all’energia e alla direzione del neutrino. La purezza e la trasparenza del ghiaccio antartico lo rendono il mezzo di rivelazione naturale ideale sulla Terra, mentre il volume di un chilometro cubo aumenta enormemente la probabilità di collisione.
IceCube è entrato in funzione ufficialmente nel 2011. Dall’idea alla realizzazione sono passati ventitré anni. Parlando di Halzen il presidente del comitato Nobel, Mark Pearce, ha commentato: «La sua perseveranza e la sua visione scientifica hanno aperto la strada a un nuovo tipo di astronomia». Halzen stesso ha riassunto l’essenza di questo lavoro in modo ancora più diretto: i neutrini sono «messaggeri cosmici» che portano informazioni originali sugli eventi più estremi dell’universo dalle esplosioni di supernova all’accrescimento dei buchi neri.
La visione di un uomo che ne ha coinvolti centinaia
IceCube è il frutto di decenni di collaborazione tra centinaia di scienziati e ingegneri. Ma diversi commentatori hanno sottolineato che, senza Halzen, il progetto probabilmente non sarebbe mai esistito. «Per costruirlo serve una squadra di centinaia di persone, ma tutto è cominciato con un solo uomo», ha osservato Richard Fitzgerald, direttore di Physics Today.
Halzen ha ricevuto la telefonata del comitato Nobel mentre si trovava a una conferenza in Italia. La sua reazione è stata di “enorme sorpresa” e “gioia particolare”. Per qualcuno che nel 1988 proponeva un’idea che molti consideravano irrealistica, questo riconoscimento non arriva né troppo presto né troppo tardi.
Una ricerca di base
Vale la pena notare che IceCube fa ricerca di base pura. Non produce applicazioni tecnologiche immediate, non genera brevetti, non crea ritorni economici a breve termine. Il suo unico obiettivo è capire come funziona l’universo. Eppure, è proprio questo tipo di ricerca apparentemente inutile che, ancora una volta, ha ampliato i confini della conoscenza umana.
Dalla scoperta del positrone alla rilevazione delle onde gravitazionali, ogni svolta della fisica di base ha finito per cambiare il Mondo in modi imprevedibili, non attraverso invenzioni dirette, ma attraverso una ridefinizione del nostro modo di comprendere la realtà. L’astronomia dei neutrini di Halzen è ancora agli inizi. IceCube continua a funzionare, e una nuova generazione di rivelatori, gli IceCube–Gen2, è già in fase di progettazione. Il quadro completo dei neutrini cosmici ha appena cominciato a delinearsi.
Nicola Sparvieri
Foto © IlPost, MAM-e, Media INAF, BBC
