Francis Halzen, l’uomo dei neutrini cosmici: “Così ho scoperto le particelle provenienti dalla profondità dello Spazio”

“Come la maggior parte dei bambini belgi, il mio sogno era vincere il Tour de France”. Francis Halzen non immaginava che diversi decenni dopo sarebbe entrato nella storia della fisica per aver scoperto i neutrini cosmici: nel 2013, l’esperimento Ice Cube, fortemente voluto da Halzen e realizzato in Antartide, rivelò per la prima queste particelle ad alta energia provenienti dalle profondità dello spazio, aprendo una nuova finestra sull’Universo. Un risultato che colloca di diritto lo scienziato belga-americano tra i candidati al Nobel dei prossimi anni. Ma che non ha frenato il suo entusiasmo e la sua voglia di scoprire.

“Ice Cube è un cubo di ghiaccio con un chilometro e mezzo di lato. Ora stiamo lavorando a Ice Cube Gen 2: sarà dieci volte più grande”. Il professor Halzen (insegna presso l'Università del Wisconsin a Madison) ne ha parlato nei giorni scorsi al Gran Sasso Science Institute, tra gli ospiti d’onore di una conferenza in memoria di un altro grande dell’astrofisica particellare: il fisico russo, ma “italiano” di adozione, Veniamin Berezinzky, scomparso l’anno scorso.

Professor Halzen, ricorda il momento in cui capiste di aver rivelato il primo neutrino cosmico, prodotto cioè in un remoto angolo dell’Universo?

“In realtà ci sono state diverse tappe importanti ed emozionanti, prima di arrivare alla scoperta vera e propria. Ricordo, per esempio, quando con il nostro esperimento Ice Cube abbiamo rivelato i primi neutrini atmosferici, quelli cioè prodotti dalla collisione dei raggi cosmici con gli atomi della atmosfera terrestre. Non era quello che cercavamo, ma ci fece capire che il rivelatore collocato in Antartide funzionava perfettamente. L’osservazione dei neutrini cosmici è stato il passo successivo”.

Perché un esperimento al Polo Sud?

“Quando immaginammo Ice Cube si trattava di un oggetto diecimila volte più grande del più grande rivelatore di neutrini esistente all’epoca e basati sull’acqua. Collocare la nostra strumentazione in un cubo di ghiaccio di un chilometro e mezzo di lato presentava dei vantaggi: è molto più facile gestire un cubo di ghiaccio di quelle di menzioni che una analoga quantità di acqua. E una volta collocato il nostro apparato poteva rimanere lì decenni. Ma abbiamo affrontato anche molte difficoltà: non conoscevamo le caratteristiche ottiche del ghiaccio, che invece sono fondamentali per costruire un rivelatore di neutrini, che deve raccogliere appunto la luce generata dalle loro rare collisioni con gli atomi del mezzo che attraversano. Abbiamo passato un decennio a capire quali fossero le proprietà ottiche del ghiaccio per la luce blu, quella che ci interessa rivelare”.

Cosa ci permettono di capire i neutrini cosmici?

“Sono fondamentali per capire da dove vengono i raggi cosmici, che sono particelle cariche elettricamente e che quindi vengono deviate dai campi magnetici incontrati durante il loro viaggio spaziale. Questo ci impedisce di individuare il punto in cui si sono originati e l’oggetto astrofisico che li ha generati. Ma i neutrini non hanno carica elettrica e non risentono dei campi magnetici. Quindi, se sono partiti insieme ai raggi cosmici ci possono far risalire alla sorgente”.

Le avete trovate queste sorgenti?

“Fino all’anno scorso avevamo visto solo oggetti extragalattici: pensiamo si tratti di buchi neri supermassivi che cannibalizzano le stelle vicine. Di recente abbiamo trovato anche una sorgente nella nostra galassia”.

Qual è il futuro di Ice Cube?

“Capta in media un neutrino cosmico al giorno e ci permette di usare i neutrini per fare un nuovo tipo di astronomia. Ma noi abbiamo appunto in programma di costruire un nuovo rivelatore dieci volte più grande”.

È mai stato in Antartide?

“No. Ero e resto un fisico teorico: il mio ambiente di lavoro è la posta elettronica. Scherzi a parte, l’Antartide è un luogo estremo e c’è un numero limitato di tecnici che vi possono accedere. Chi non è indispensabile è inutile che vada. Come responsabile dell’esperimento ho pensato fosse giusto dare il buon esempio”.

Quando ha deciso di fare il fisico?

“E’ successo del tutto per caso. La mia non è una di quelle storie di bambini che guardano il cielo notturno e sognano di fare l’astrofisico da grande. Mio padre era il titolare di una azienda di costruzioni, un uomo d’affari. E io cominciai a studiare ingegneria con l’idea di andare poi a lavorare nell’impresa di famiglia. Ma già dopo sei mesi ero passato a matematica. E due anni dopo scelsi di studiare fisica teorica”.

Suo padre apprezzò la scelta?

“Dopo il dottorato venne a trovarmi al Cern per poi portarmi a pranzo in città. Prima avevo una conferenza e lo vidi seduto nelle ultime file. Quando salimmo in macchina in direzione Ginevra mi disse: ‘I ragazzi in aula prendevano appunti mentre parlavi. Ti rendi conto?’. Non gli sembrava vero”.

Come si vive a Madison, Wisconsin, dove è professore universitario?

“Non ho mai amato le grandi città. E ci sono tre voli al giorno per New York, dove vado spesso perché sono un appassionato di opera lirica”.

Nessun rimpianto per il Tour de France?

“Non l’avrei mai vinto, ma vado ancora in bicicletta un’ora al giorno”.