EPPUR SI MUOVE

“Non dobbiamo dimenticare che quando l’elemento radio venne scoperto nessuno sapeva che si sarebbe rivelato utile negli ospedali. Era un lavoro di pura scienza. E questa è la prova che il lavoro scientifico non deve essere considerato dal punto di vista della diretta utilità dello stesso.
Deve essere svolto per se stesso, per la bellezza della scienza, e poi c’è sempre la probabilità che una scoperta scientifica possa diventare come il radio un beneficio per l’umanità.” (Marie Curie)

Ormai è passato quasi un secolo da quando la grande scienziata (2 volte premio Nobel) Maria Skłodowska, al secolo Madame Marie Curie (1867 – 1934), pronunziò queste parole riassumendo mirabilmente il ruolo e l’importanza della ricerca scientifica di base e sui benefici che essa, nell’operare, ha restituito e continua a restituire direttamente e/o indirettamente alla società umana.

Un importante esempio di ricerca di base nella fisica nucleare e subnucleare contemporanea è l’attività scientifica che svolgono i laboratori di Fisica Nucleare del Gran Sasso (LNGS)¹.

I laboratori, gestiti dall’istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN)², furono costruiti a partire dal 1982 per idea del noto professore A. Zichichi.

Fu scelto di posizionare i laboratori proprio all’interno del Gran Sasso d’Italia perché, oltre alla presenza dei 1400 metri di roccia sovrastante che già rappresentano un ottimo filtro naturale alle particelle subatomiche provenienti dallo spazio (raggi cosmici), le particolarità geochimiche della roccia stessa (dolomitica), essendo a basso contenuto radioattivo costituiva un’ottima soluzione per gli scopi degli esperimenti di fisica subnucleare che si volevano realizzare.

Infatti, all’interno dei laboratori ci sono esperimenti le cui principali tematiche riguardano: la fisica dei neutrini naturalmente prodotti nel Sole e in esplosioni di Supernova, la ricerca di particelle di materia oscura e lo studio di reazioni nucleari di interesse astrofisico e decadimenti rari¹.

Tutti questi esperimenti per funzionare al meglio hanno bisogno di un ambiente circostante a bassissimo contenuto di radioattività naturale sia di origine, appunto, cosmogenetica (raggi cosmici) che primordiale terrestre (roccia dolomitica).

Oggi, grazie a poco più di 30 anni di esperimenti scientifici, in parte condotti e già portati a termine con grande successo e altri ancora in essere, i laboratori si sono affermati come un’eccellenza insuperabile a livello mondiale nella ricerca di punta della fisica subnucleare e in particolare nella fisica sperimentale sui neutrini.

I laboratori furono progettati e sviluppati “sfruttando” la costruzione dell’arteria autostradale A24 Teramo – L’Aquila – Roma in cui era previsto un tunnel a doppia canna di ben 10 km di lunghezza sotto il massiccio del Gran Sasso. Tale infrastruttura rappresentava, finalmente, il primo e vero collegamento veloce tra la provincia di Teramo e Roma che, fino a quel momento, erano collegate soltanto tramite il passo montano, detto delle “Capannelle”, della strada statale SS80, impervio e lungo da percorrere, soprattutto durante la stagione invernale. La costruzione del tunnel presentava però delle criticità sia dal punto di vista geologico che idrogeologico in quanto, la sua costruzione ha interferito con la grande falda acquifera che scorreva in pressione all’interno della montagna e, per di più, vicino ad una faglia sismogenetica. Infatti, il 15 settembre del 1970, durante i lavori di scavo del tunnel, un getto d’acqua e fango ad altissima pressione (circa 6MPa) travolse tutto, e determinò l’abbassamento della falda acquifera di circa 600 m.

Nella figura 1³ sottostante è possibile vedere una sezione (non in scala) che illustra l’andamento della circolazione idrica sotterranea nella zona dei laboratori dopo l’incidente. La falda acquifera è indicata con la sigla WT- Water Table, i laboratori con la sigla UL e le gallerie autostradali con la sigla HT. La figura B mostra chiaramente come le gallerie e i laboratori diventino punto drenante della falda dopo l’incidente.

In questa situazione, nell’ambito delle questioni di sicurezza e tutela delle acque, si collocano le principali polemiche scaturite in questi mesi in Abruzzo a causa della volontà da parte degli scienziati di svolgere presso i laboratori un nuovo esperimento sui neutrini, denominato SOX⁴ (Short distance neutrino Oscillations with BoreXino). In realtà, tale esperimento è stato solo la goccia che ha fatto traboccare il vaso, di una situazione divenuta ormai conflittuale da molto tempo tra la cittadinanza abruzzese e l’INFN.

Nel susseguirsi di più di 10 anni, e soprattutto a causa di qualche sversamento accidentale nell’ambiente di sostanze tossico/nocive utilizzate nei laboratori, è stata avviata una ulteriore procedura di messa in sicurezza del sistema idrico dai laboratori (tuttora in atto), al fine di eliminare le varie criticità che ancora persistono in termini di rischio di contaminazione delle acque.

L’11 Novembre del 2017 a Teramo si è tenuta una manifestazione promossa dall’Osservatorio Indipendente sull’Acqua del Gran Sasso che ha visto la partecipazione di circa 4000 persone per sensibilizzare l’opinione pubblica e le istituzioni sul problema della tutela e messa in sicurezza dell’acqua potabile del Gran Sasso, e in particolare per ribadire la massima contrarietà alla messa in opera dell’esperimento SOX, sottolineando l’alta pericolosità di tale esperimento per via dell’uso di una sorgente radioattiva molto forte.

L’esperimento SOX è frutto di una collaborazione internazionale di più di 140 scienziati appartenenti all’Italia, Francia, Germania, Russia, Polonia e Stati Uniti.

Innanzitutto, è doveroso sottolineare il concetto che tale esperimento non ha un livello di pericolosità più alto rispetto agli altri condotti attualmente nel laboratorio solo per il fatto che utilizza una sorgente radioattiva. La sorgente, grazie alle barriere con cui è sigillata, schermata (la radioattività si abbassa di circa mille miliardi di volte) e isolata dall’ambiente, non potrà mai rilasciare alcuna radioattività all’esterno. La pericolosità del laboratorio per le acque, semmai, è strettamente legata alle sostanze tossico/nocive come gli idrocarburi, che sono stati più o meno sempre presenti all’interno del laboratorio e che sono principalmente usati come parte integrante dei “detector” per la rilevazione delle particelle subnucleari e quindi anche dei “famosi” neutrini.

I neutrini sono particelle estremamente sfuggenti, di massa bassissima, carica elettrica nulla, che interagiscono molto debolmente con la materia. Essendo, particolarmente difficili da individuare è necessario schermare quanta più radioattività possibile, inclusa quella naturale, e devono essere, per il corretto funzionamento dell’esperimento, l’unica cosa che esce dall’apparato costituito dalla sorgente e dalla sua schermatura.

La sorgente⁵ utilizzata è costituita da circa 40 grammi di Cerio144 un isotopo instabile e quindi radioattivo la cui vita media è di circa 284 giorni. Il Cerio 144 (144Ce), decadendo, si trasforma in Praseodimio 144 (144Pr) che a sua volta decade in pochi minuti, formando il Neodimio 144 (144Nd) che è un elemento praticamente stabile della catena di decadimento, cioè non più radioattivo. I decadimenti sia del Cerio che del Praseodimio sono accompagnati dall’emissione di un elettrone, un antineutrino elettronico e l’emissione di radiazione elettromagnetica molto energetica sotto forma di raggi gamma. La schermatura riesce, come già accennato, a bloccare tutto quello che viene emesso, tranne i neutrini. I neutrini non hanno nessun effetto sulla salute dell’uomo. Ogni giorno, continuamente, ciascun essere vivente è bombardato da miliardi e miliardi di neutrini provenienti dal cosmo. Essi attraversano l’intera Terra come se fosse completamente trasparente.

I neutrini prodotti dalla sorgente giungono al rivelatore Borexino⁶ al cui interno un liquido scintillatore cattura il passaggio dei neutrini. Poiché la probabilità d’interazione tra i neutrini e il liquido scintillatore è molto bassa, nonostante l’altissima qualità e unicità di tale rivelatore, occorre che la sorgente di Cerio 144 produca un numero molto elevato di neutrini. Per questo motivo, l’attività radioattiva (numero di decadimenti al secondo) deve essere la più idonea possibile (circa 5.5 PetaBecquerel).

Gli scienziati, grazie a SOX, studieranno alcune anomalie sui neutrini. In particolare, si tenterà di verificare l’esistenza, appunto, di un ipotetico neutrino “sterile”, che interagisce con le altre particelle solo tramite la forza di gravità (quindi ancora più debolmente).

Oltre a risolvere i problemi del modello standard della fisica delle particelle, il neutrino sterile potrebbe essere un buon candidato come costituente della materia oscura, componente dominante della massa dell’universo di cui non conosciamo ancora la natura, rappresentando una delle massime sfide della fisica di questo nuovo millennio.

La notizia di alcuni giorni fa della delibera della Regione Abruzzo di fermare incondizionatamente (nonostante il possesso di tutte le autorizzazioni necessarie), l’esperimento SOX è stata non solo una scelta sbagliata dal punto di vista strategico, ma anche sociale ed economica. Strategica, perché il blocco dell’esperimento, essendo una vasta collaborazione internazionale di scienziati, farà perdere l’opportunità all’Italia di avere un ruolo fondamentale e di primo piano all’interno di questo settore scientifico. Economica, perché le conseguenze avranno sicuramente pesanti implicazioni sui rinnovi dei contratti del personale precario della ricerca del settore da sempre poco incentivato e finanziato. Sociale, perché questa delibera va nella stessa direzione del sempre più grave processo di indebolimento della cultura scientifica e laica del paese in cui, le nuove e varie credenze fideistiche medioevali e dogmatiche – contro le quali Galileo Galilei dovette lottare per tutta la sua vita – stanno producendo un gravissimo arretramento culturale dei cittadini, sempre più incapaci, per mancanza di strumenti e informazione, ad accedere al sapere scientifico. Con molta probabilità, la chiusura dell’esperimento, risuona più come l’ennesima sconfitta di coesione sociale del paese, che come un esempio di processo virtuoso e partecipativo dei cittadini per la tutela dell’ambiente. Invece che abbandonarsi immediatamente e irrazionalmente alle paure, non sarebbe stato forse più sensato, cercare di intraprendere una strada comune tra i cittadini e l’INFN (considerati più come una grande risorsa che come un pericolo sul territorio) al fine di scongiurare insieme sia i pericoli ambientali che di evitare la chiusura tout court dell’esperimento? Non sarebbe stato più utile partire dal presupposto fondamentale che la tutela dell’ambiente e dell’uomo, oggi più che mai, deve passare attraverso la ricerca scientifica e le sue idee innovative?

Riprendendo le parole di Madame Curie, forse anche la scoperta del neutrino sterile, come quella del radio, potrà, indirettamente, servire a qualcosa di “utile”. Per il momento, l’esperimento SOX soddisfa solo un bisogno primario dell’uomo: la sete di conoscenza sulla natura che lo circonda.

Jacopo De Sanctis, un fisico

Referenze
¹ https://www.lngs.infn.it
² http://home.infn.it/it/
³ Adinolfi Falcone et al., 2008, Journal of Hydrology, 357:368 – 388, doi: 10.1016/j.jhy – drol.2008.05.016.
⁴ “The SOX Experiment in the Neutrino Physics”, Il Nuovo Cimento 38 C (2015) 36.
⁵ “The 144Ce Source for SOX”, M. Durero et al 2016 J. Phys.: Conf. ser. 675 012032.
⁶ “The Borexino detector at the Laboratori Nazionali del Gran Sasso”, Nucl. Inst. and Meth. in Phys. Research A 600 (2009) 568 – 593.