I neutrini hanno due aspetti peculiari. Primo, è quasi come se non esistessero. Sono così leggeri che non ne conosciamo la massa (sappiamo solo che non è zero). Interagiscono talmente poco con la materia normale che il Sole ci investe con una pioggia di miliardi di neutrini ogni secondo, eppure questi attraversano i nostri corpi e l’intero pianeta senza che ce ne accorgiamo. Secondo, hanno una persistente connessione con l’Italia.

La parola “neutrino” fu inventata dal fisico Edoardo Amaldi, giocando sul contrasto con il già noto neutrone, ed entrò nel gergo scientifico nel 1932, grazie al suo amico e collega Enrico Fermi. Un altro di quei “ragazzi di via Panisperna”, Bruno Pontecorvo, nel 1957 predisse il fenomeno noto come oscillazione dei neutrini. Ovvero, quando i neutrini viaggiano, mutano spontaneamente la propria natura. È un fenomeno che non deriva dall’attuale modello standard delle particelle (che descrive tre delle quattro forze fondamentali che conosciamo: elettromagnetica, forte e debole), ed è quindi una delle poche porte aperte al di là di questo. La conferma sperimentale dell’oscillazione dei neutrini, avvenuta nel 1998, è stata premiata con il Nobel nel 2015.

Se i neutrini ci possono dire qualcosa sulla nostra esistenza è grazie a un altro fisico italiano, il catanese Ettore Majorana. Il fatto che esista qualcosa nell’universo è uno dei grandi misteri irrisolti della fisica. Per quanto ne sappiamo oggi, il big bang avrebbe dovuto generare quantità identiche di materia e antimateria, in modo perfettamente simmetrico. Ma materia e antimateria, quando s’incontrano, si annullano e svaniscono in un lampo di energia. Il risultato sarebbe un cosmo vuoto. Grazie a Majorana conosciamo una possibile crepa in questa terribile simmetria: postulò che alcune particelle, come i neutrini, possano essere la loro stessa antiparticella, un po’ come se si scoprisse che Batman e Joker sono la stessa persona.

Se così fosse, hanno dimostrato i fisici, allora diventano possibili fenomeni capaci di produrre più materia che antimateria. La materia non si sarebbe disintegrata tutta subito dopo il big bang, ne sarebbe avanzata un poco. Quel tanto che basta per permettere di esistere a galassie, stelle, pianeti e a noi.

L’esperimento Cuore insegue le tracce di questa natura ambigua dei neutrini dal 2017. Lo fa cercando i segni di un particolare tipo di decadimento radioattivo (la trasformazione di un atomo in un altro), possibile solo se esistono i neutrini di Majorana. Anche nella migliore delle ipotesi si tratterebbe però di un evento molto raro, sepolto nel rumore di fondo delle radiazioni che pervadono naturalmente l’ambiente.

Cuore, quindi, va protetto. Innanzitutto contro i raggi cosmici, e a questo pensano i 1.400 metri di roccia che sovrastano i laboratori del Gran Sasso. Ma non basta: in tutti i materiali si nascondono minutissime quantità di atomi radioattivi. Irrilevanti per la nostra salute, ma capaci di affogare il segnale cercato.

Il miglior materiale per schermare dalle radiazioni è il piombo, ma il piombo che viene estratto oggi è, in minuscola percentuale (di nuovo, irrilevante per gli esseri umani), radioattivo. Se però, una volta purificato, lo si lascia in pace, magari lontano dall’azione dei raggi cosmici, lentamente questa radioattività scompare. Più tempo passa e più il piombo è “pulito”.

I fisici hanno trovato il materiale perfetto per schermare Cuore grazie a un alleato inatteso: l’antica Roma. L’osservatorio è ricoperto da uno strato di sei centimetri di piombo, ricavato dal relitto di una nave affondata duemila anni fa lungo le coste della Sardegna. Protetto dalle acque, il piombo antico ha mantenuto pochissima radioattività residua.

Manca un solo ingrediente per cercare i neutrini di Majorana: il freddo. Il segnale da trovare è come una flebilissima fiammella, di cui si può avvertire il calore solo se intorno c’è un freddo profondissimo. Per riuscirci, ci ha spiegato uno degli scienziati di Cuore, Giovanni Benato del Gran Sasso science institute, è stato necessario costruire una matrioska di sei cilindri sotto vuoto, ognuno più freddo del precedente.

Questo permette di isolare il più possibile l’esperimento dal calore, mentre il freddo è mantenuto costante per anni da due sistemi di raffreddamento all’avanguardia. Per questo l’osservatorio – una tonnellata e mezzo di materiale e strumentazione – lavora a dieci millesimi di grado sopra lo zero assoluto. Più gelido dello spazio profondo: Laura Marini, un’altra ricercatrice del Gran Sasso, ha definito Cuore “il metro cubo più freddo dell’universo”.

Finora i risultati dell’esperimento sono, di per sé, negativi: il neutrino di Majorana non è stato trovato. Ma questa è un’etichetta ingenerosa: “negativo” non è sinonimo di “da buttare”. Sapere che qualcosa non c’è dove lo abbiamo cercato ci può dire molto. Cuore ci ha permesso di mettere un limite alla massa dei neutrini e di affinare i dati su cui si baseranno ricerche future. Intanto ha ancora tempo per trovare qualcosa: continuerà ad accumulare dati almeno fino al 2024. E sta aprendo la pista al suo successore, Cupid, che userà parte della stessa infrastruttura ma sarà da dieci a cento volte più sensibile. E sarà più internazionale, sia pure a guida italiana.

Come ci dice Benato, mentre Cuore è una collaborazione principalmente italo-statunitense, con Cupid si aggiungeranno cinesi, francesi, russi, ucraini. In ogni caso, questo tour de force tecnologico non è fine a sé stesso. Grazie all’esperimento sono state sviluppate strategie che potrebbero essere utili per i computer quantistici. Anche i qubit con cui lavorano i computer quantistici, infatti, hanno bisogno di essere protetti e tenuti a temperature molto basse: sarà anche grazie a Cuore che potremmo avere la prossima generazione di supercalcolatori.

Ettore Majorana fu un ragazzo prodigio. Lavorò con i principali nomi della fisica quantistica, come Fermi, Bohr e Heisenberg. Eppure il 25 marzo 1938, a trentun anni, ritirò tutti gli averi dalla banca, acquistò un biglietto per il traghetto da Palermo a Napoli, e da lì svanì nel nulla. Un enigma a cui Leonardo Sciascia dedicò il libro La scomparsa di Majorana.

Sfuggente come i suoi neutrini, da quel giorno Majorana è stato cercato a lungo e mai trovato. Ma è grazie alla sua eredità, che vive nei fisici italiani che proseguono il suo lavoro, che forse un giorno potremo capire perché c’è qualcosa invece del nulla, nell’universo.