L'umile neutrone sta per diventare più potente che mai

Jun 04, 2023

I neutroni hanno un enorme potenziale per far avanzare la scienza in vari campi.

Per produrre i neutroni liberi necessari alla sperimentazione scientifica, in Svezia è in costruzione una nuova struttura.

La struttura verrà utilizzata per indagare su questioni in ambiti quali l'imaging, la scienza dei materiali e lo studio dell'antimateria.

I neutroni sono un po’ un eroe non celebrato nel mondo quantistico. Non sono carichi, non sfrecciano qua e là e non li contiamo nemmeno in numeri atomici, anche se costituiscono una parte significativa della massa di un atomo.

Ma sono assolutamente critici. Senza di loro, nulla esisterebbe. I neutroni consentono ai protoni che normalmente si respingono a vicenda di raggrupparsi in un nucleo e creare un atomo, che costituisce praticamente tutto il resto. (Tranne che nell'idrogeno: un protone non ha bisogno di un neutrone per contrastarlo.)

Non solo i neutroni sono fondamentali, ma sono anche utili. Così utile, e così ampiamente utile, infatti, che un intero impianto di ricerca in Svezia chiamato European Spallation Source (ESS) è attualmente in costruzione. Il suo obiettivo è vedere quanto utilizzo possiamo ottenere dai neutroni creando un fascio di particelle che possa essere utilizzato per varie attività scientifiche.

L'ESS ha un nome descrittivo, poiché la chiave per utilizzare i neutroni in gran parte della scienza è un processo chiamato spallazione. Ciò comporta l'esplosione dei nuclei degli atomi con particelle ad alta energia in modo che l'atomo venga destabilizzato e alcuni neutroni volino via e si liberino. I neutroni liberi sono prodotti anche dalle interazioni tra i raggi cosmici e la nostra atmosfera e da parte della radioattività naturale della Terra.

Quindi, una volta che i neutroni saranno liberi, che tipo di sforzi scientifici sono sul tavolo?

Beh, dipende dallo strumento che vuoi usare. Quando l'ESS sarà operativo, ospiterà inizialmente 15 strumenti basati sui neutroni, molti dei quali hanno ottimi nomi come ODIN, BEER, T-REX e BIFROST, ciascuno dei quali sarà configurato per utilizzare di neutroni a modo suo.

Uno strumento, ad esempio, lavorerà sull’imaging: non esattamente raggi X fantasiosi, ma abbastanza vicini. Concentra un raggio di neutroni liberi nel modo giusto e potrai vedere attraverso un oggetto. Non è rivoluzionario di per sé, ma la natura dei neutroni significa che puoi vedere cose diverse da quelle che potresti vedere con un fascio di raggi X. E oltre a ciò, spesso, l'imaging può essere eseguito senza danneggiare l'oggetto, aspetto fondamentale per esaminare oggetti molto delicati come le pergamene antiche.

Un altro strumento verrà utilizzato per creare in modo efficace timelapse nella vita reale degli effetti dei neutroni liberi su oggetti che possono essere danneggiati dall’esposizione ripetuta a tali particelle. Sappiamo che i neutroni liberi possono causare il deterioramento dei componenti elettrici nel tempo e la possibilità di testare gli effetti a lungo termine di tale esposizione in laboratorio consentirà ai produttori di imparare come realizzare componenti più resistenti ai neutroni.

E, cosa potenzialmente più entusiasmante, pochi anni dopo l'apertura dell'ESS, quando sarà stato ulteriormente potenziato, la struttura inizierà a cercare il momento in cui un neutrone passa dalla materia all'antimateria.

"Se osservi qualcosa del genere", ha detto in un comunicato stampa Valentina Santoro, fisica delle particelle dell'ESS, "puoi capire uno dei più grandi misteri irrisolti: perché nell'universo c'è più materia che antimateria".

"Hai solo bisogno di un neutrone che diventi un antineutrone, e basta, hai trovato questo processo in cui la materia diventa antimateria", ha aggiunto Santoro.

Abbiamo un po' di tempo prima che l'ESS possa iniziare il suo lavoro: la struttura dovrebbe essere operativa nel 2027, e gli esperimenti sull'antimateria non dovrebbero iniziare prima di allora. Ma una volta che è attivo e funzionante, fai attenzione. Il neutrone sta per mostrarci esattamente perché non va sottovalutato.

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