Ogni secondo, decine di miliardi di neutrini prodotti dalle reazioni di fusione nucleare nel Sole attraversano ogni centimetro quadrato della Terra — e del nostro corpo — quasi senza interagire con la materia. Pur essendo tra le particelle più abbondanti emesse dal Sole, la loro piccolissima probabilità di interazione rende la loro rivelazione una delle maggiori sfide della fisica delle particelle.
Oggi, nel corso di un seminario presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell'INFN (LNGS), la Collaborazione XENON ha annunciato la prima osservazione dello scattering elastico di neutrini solari a bassa energia su elettroni nel rivelatore XENONnT. La misura spinge la frontiera delle osservazioni dirette dei neutrini fino a energie di circa 17 keV, la più bassa soglia in energia dei neutrini mai raggiunta. Il segnale osservato è dominato dai neutrini pp, prodotti nelle reazioni di fusione protone-protone che alimentano il Sole e costituiscono la grande maggioranza del flusso di neutrini solari.
XENONnT è stato progettato per la ricerca diretta della materia oscura sotto forma di particelle elementari presenti nell'alone della nostra Galassia. Il suo cuore è una camera a proiezione temporale (Time Projection Chamber, TPC) a doppia fase contenente 5,9 tonnellate di xenon ultra-puro, installata ai LNGS sotto 1400 metri di roccia. Il rivelatore è circondato da rivelatori Cherenkov ad acqua che identificano e rigettano muoni cosmici e neutroni, ed è in grado di ricostruire i deboli segnali di luce e di ionizzazione prodotti quando una particella interagisce nello xenon.
Osservare questo debolissimo segnale di neutrini solari con la significatività statistica di 5 sigma — il criterio convenzionalmente adottato nella fisica delle particelle per dichiarare una scoperta — ha richiesto non solo di ridurre il fondo radioattivo del rivelatore a livelli senza precedenti, ma anche di caratterizzarlo con estrema precisione. La principale sorgente di fondo è costituita da tracce di radon continuamente rilasciate dai materiali che compongono
il rivelatore. Nel corso degli anni, la Collaborazione XENON ha sviluppato tecniche innovative per ridurre questo contributo, attraverso un'estesa selezione dei materiali e un sistema criogenico di distillazione in continuo capace di rimuovere costantemente il radon dallo xenon. La Collaborazione ha inoltre identificato e misurato sperimentalmente ogni contributo rilevante al fondo residuo, inclusi i decadimenti beta di isotopi di piombo e krypton, i raggi gamma prodotti dai materiali e altre componenti sottodominanti.
Questo risultato amplia ulteriormente il potenziale scientifico di XENONnT. Dopo la recente osservazione dello scattering elastico coerente di neutrini solari su nuclei atomici, questa nuova misura dimostra che lo stesso rivelatore è in grado di esplorare aspetti complementari della fisica del neutrino, proseguendo al tempo stesso la sua missione originaria nella ricerca della materia oscura. XENONnT si conferma così uno degli osservatori più sensibili al mondo per lo studio delle interazioni rare di particelle a bassa energia.
La misura si inserisce inoltre nella lunga tradizione della ricerca sui neutrini solari ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso. Gli esperimenti GALLEX/GNO hanno realizzato le prime misure del flusso dei neutrini solari a bassa energia mediante tecniche radiochimiche, mentre Borexino ha aperto la strada alla spettroscopia in tempo reale delle singole interazioni dei neutrini solari, con una soglia in energia dei neutrini di 335 keV. XENONnT raccoglie oggi questa eredità, abbassando la soglia di osservazione dei neutrini solari fino a 17 keV.
Oltre a questo importante risultato, XENONnT offre uno sguardo sul futuro della fisica degli eventi rari. Le tecnologie sviluppate per costruire e operare uno dei rivelatori di particelle più radiopuri mai realizzati stanno gettando le basi per la prossima generazione di osservatori allo xenon liquido. Il futuro esperimento XLZD, con una massa attiva circa dieci volte superiore a quella di XENONnT, punta a estendere la ricerca della materia oscura alle più elevate sensibilità mai raggiunte e a misurare i neutrini solari di bassa energia con una precisione senza precedenti, aprendo al tempo stesso nuove prospettive nello studio dei neutrini e di altri processi estremamente rari.
«L'osservazione di neutrini solari a bassa energia dimostra come i progressi tecnologici compiuti nella ricerca della materia oscura stiano aprendo nuove finestre sulla comprensione dell'Universo», afferma Elena Aprile, professoressa alla Columbia University e portavoce della Collaborazione XENON. «Questo risultato conferma come i grandi rivelatori allo xenon liquido stiano evolvendo da strumenti dedicati alla ricerca della materia oscura a veri e propri osservatori di eventi rari», conclude Marco Selvi, ricercatore INFN presso la Sezione di Bologna e coordinatore dei gruppi INFN nella Collaborazione XENON. «Le tecnologie sviluppate per XENONnT aprono oggi nuove prospettive sia per la fisica del neutrino sia per la prossima generazione di esperimenti come XLZD.»
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Per info e contatti:
Dott.ssa Roberta Antolini - Servizio Relazioni Esterne
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REIS - 31.08.2026