Migliaia di metri sotto il ghiaccio, vicino al Polo Sud, giace uno dei più insoliti osservatori mai costruiti. Il "sistema nervoso" dello strumento è composto da 86 filamenti di foto-rilevatori (strumenti sensibili alla luce) che si estendono sotto il ghiaccio come collane di perle. Ogni filamento è dotato di 60 rilevatori delle dimensioni di una palla da basket e attraversa il ghiaccio da 1450 a 2450 metri di profondità sotto la superficie. Il corpo dell'osservatorio è il ghiaccio stesso, un mezzo abbondante e con una trasparenza chiaramente naturale.
Lo strumento, chiamato IceCube, si estende complessivamente per un chilometro cubo di ghiaccio. Per anni i ricercatori hanno acquisito dati utilizzando solo parzialmente l'osservatorio, ma il 18 dicembre l'86esima ed ultima stringa di rilevatori è stata calata in posizione, segnando il completamento del progetto, del costo stimato di 270 milioni di dollari. L'osservatorio inizierà a lavorare a pieno regime probabilmente ad aprile, secondo il communications manager Laurel Bacqué.
Il compito di IceCube è quello di osservare i neutrini energetici provenienti da eventi cosmici violenti come le supernovae e i gamma-ray burst. I neutrini sono un tipo curioso di particelle, elettricamente neutri e restii ad interagire con la materia, viaggiano dalle loro origini cataclismiche attraverso il mezzo intergalattico e possono attraversare la Terra rimanendo illesi. (Possono anche essere prodotti da sorgenti più "banali" come il Sole). Come gli osservatori per i raggi gamma e i raggi X hanno già fatto, IceCube dovrebbe fornire un nuovo livello di comprensione dei processi ad alta energia nell'Universo. Per esempio catturando la traccia dei neutrini generati nel collasso di una supernova, alcune delle quali emettono più del 99 % della lora energia sotto forma di neutrini, consentendo così agli astrofisici di avere un quadro più chiaro del meccanismo che regola le ultime fasi dell'evoluzione stellare.
IceCube utilizza la Terra stessa come filtro per cercare di far interagire il neutrino con gli altri atomi. Dal Polo Sud IceCube osserva le particelle che provengono dal cielo boreale; alcune passano vicino alla Terra, altre attraversano il pianeta e qualcuna urta un atomo negli ultimi chilimotri del ghiaccio antartico.
Quando un neutrino colpisce un atomo all'interno del chilometro cubo di IceCube lascia una scia di particelle secondarie cariche e ad alta velocità, come i muoni, che illuminano il ghiaccio trasparente con un breve lampo di luce. L'array di rilevatori di IceCube, più di 5000 in totale, può quindi determinare l'origine del neutrino basandosi sulla traiettorie delle particelle secondarie. (I neutrini del cielo boreale attraversano prima lo strato roccioso per poi uscire dallo strato di ghiaccio). Il bello dell'astronomia del neutrino è che, essendo i neutrini particelle neutre, le tracce che lasciano sono linee rette dal loro punto di orgine.
IceCube può anche rilevare i neutrini locali e i muoni che si originano dai raggi cosmici che attraversano l'alta atmosfera terrestre. Queste particelle costituiscono il rumore di fondo che i ricercatori dovranno filtrare per trovare i neutrini provenienti da sorgenti astrofisiche, ma stanno trovando alcune sorprese. "Abbiamo già osservato un eccesso di raggi cosmici galattici provenienti dalla regione della Vela, il più potente emettitore di raggi gamma nel cielo." dice il fisico e capo del progetto Francis Halzen dell'Università del Wisconsin-Madison. Siccome i raggi cosmici sono carichi, la loro traiettoria viene deviata dal campo magnetico della Via Lattea, così ogni segnale sulla mappa dei raggi cosmici richiede una spiegazione.
Con l'osservatorio a pieno regime questo studio, così come una migliore indagine dei fenomini astrofisici ad alta energia, può essere condotto nei prossimi anni. "Una grande risorsa di IceCube è che abbiamo acquisito dati mentre il rilevatore aumentava di dimensioni - ha detto Halzen - sarà però bello avere lo strumento completo così da poterlo calibrare e sintonizzare senza altri enormi cambiamenti. Così, terminate le celebrazioni, inizieremo la preparazione per un lungo, stabile e ininterrotto periodo di presa dati".
E' bene ricordare in questa sede che anche l'Italia partecipa attivamente all'astronomia del neutrino. Diversi sono i progetti per la realizzazione dei telescopi a neutrino e grande è l'interesse per questo settore dell'astronomia che va a braccetto con la fisica delle particelle.
- Fisica del neutrino ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso http://www.lngs.infn.it/
- NEMO (Neutrino Mediterranean Observatory) http://nemoweb.lns.infn.it/
