PUEO: sulle tracce dei neutrini cosmici

Pueo, il payload della Nasa per la ricerca di neutrini ad altissima energia
Crediti: Nasa Science

La Nasa ha portato a termine il primo volo di Pueo (Payload for Ultrahigh Energy Observations), una missione del programma Astrophysics Pioneers guidata dall’Università di Chicago. Lo strumento, un rivelatore montato su un pallone stratosferico, è decollato il 20 dicembre 2025 dalla Long Duration Balloon Facility, situata vicino alla stazione McMurdo, in Antartide, e ha volato per 23 giorni a un’altitudine di circa 35 chilometri. L’obiettivo era cercare neutrini ad altissima energia, particelle provenienti dallo spazio profondo, utilizzando l’enorme massa della calotta glaciale antartica come un rivelatore naturale. In questo modo, l’Antartide è diventata una parte fondamentale dell’esperimento: non solo il luogo del volo, ma anche il mezzo attraverso cui tentare di intercettare segnali cosmici estremamente rari. A differenza di un telescopio tradizionale, Pueo non osserva l’universo nel modo consueto.

Le sue antenne radio sono progettate per captare impulsi brevissimi generati quando un neutrino di energia estrema interagisce con il ghiaccio. I neutrini sono particelle molto difficili da rilevare, perché attraversano la materia quasi senza essere disturbati. Proprio questa caratteristica, però, li rende particolarmente preziosi per l’astrofisica: possono viaggiare per distanze cosmiche senza essere assorbiti o deviati, conservando informazioni sui luoghi in cui sono stati generati. Questi messaggeri potrebbero provenire da alcuni degli ambienti più estremi dell’universo, come i buchi neri supermassicci, le fusioni di stelle di neutroni o altri acceleratori naturali capaci di generare particelle con energie ben superiori a quelle che possiamo ottenere negli acceleratori sulla Terra. Per questo motivo, la ricerca di Pueo non riguarda soltanto l’osservazione di nuove particelle, ma anche la comprensione dell’origine dei raggi cosmici più energetici e la possibilità di testare la fisica fondamentale in condizioni davvero estreme.

La missione si inserisce in un filone di ricerca già avviato con Anita (Antarctic Impulsive Transient Antenna), un esperimento precedente sponsorizzato dalla Nasa che ha effettuato quattro voli tra il 2006 e il 2016. Pueo raccoglie l’eredità di Anita e la porta a un livello superiore grazie a una sensibilità strumentale migliorata e a un sistema più efficace per separare i segnali compatibili con i neutrini dal rumore di fondo. Secondo quanto riportato dalla Nasa, lo strumento è composto da un insieme di antenne a radiofrequenza, da un sistema di acquisizione dati in grado di attivarsi in presenza di segnali simili a quelli prodotti dai neutrini e da un apparato di navigazione, comando e controllo. Dalla sua quota di circa 200 km, Pueo ha potuto monitorare un volume enorme di ghiaccio antartico, alla ricerca di segnali generati da interazioni estremamente rare. L’idea alla base di questo esperimento è complessa, ma può essere spiegata in modo semplice: quando un neutrino ad altissima energia colpisce il ghiaccio, può generare una cascata di particelle e un segnale radio molto breve. Il ghiaccio antartico, freddo, vasto e relativamente trasparente alle onde radio, consente a questi segnali di propagarsi.

Grazie a un pallone stratosferico, Pueo è quindi in grado di osservare una quantità enorme di ghiaccio, trasformando di fatto una parte del continente antartico in un gigantesco rivelatore naturale. Il valore scientifico della missione risiede anche nella sua complementarità con altri osservatori, come IceCube installato nel ghiaccio antartico e sensibile a diverse tipologie di neutrini. Pueo è stato progettato per esplorare le energie più elevate, dove gli eventi sono estremamente rari e richiedono il monitoraggio di aree molto ampie. Inoltre, lo strumento può rilevare anche segnali radio associati ai raggi cosmici, che generano sciami di particelle nell’atmosfera terrestre, ampliando così il campo di indagine della missione. Dopo l’atterraggio a circa 200 chilometri dal Polo Sud, il payload e le unità di memoria sono stati recuperati. Ora inizia la fase più lunga e delicata: l’analisi dei dati. La Nasa ha indicato che questo lavoro potrebbe richiedere fino a circa un anno, perché sarà necessario calibrare le misure, filtrare il rumore e cercare eventuali segnali compatibili con l’interazione di neutrini cosmici. Anche nel caso in cui Pueo non individuasse direttamente neutrini ad altissima energia, i risultati avrebbero comunque un forte valore scientifico.

Potrebbero infatti aiutare a restringere i modelli teorici, migliorare le strategie di ricerca future e fornire indicazioni preziose per lo sviluppo di nuovi strumenti dedicati allo studio dell’universo più energetico. Pueo rappresenta anche un esempio del nuovo approccio del programma Astrophysics Pioneers, avviato dalla Nasa per sviluppare missioni astrofisiche più compatte e meno costose rispetto ai grandi osservatori spaziali. L’esperimento dimostra come piattaforme relativamente agili, come i palloni scientifici a lunga durata, possano affrontare domande di frontiera sull’universo estremo. Alcune tecnologie sviluppate per Pueo potrebbero, inoltre, essere utili per future missioni che useranno ambienti naturali ancora più remoti, come la superficie lunare, per cercare segnali di particelle cosmiche ad altissima energia. Con Pueo, l’Antartide diventa quindi molto più di un laboratorio terrestre: diventa una finestra sull’universo più energetico e lontano. Dai segnali nascosti nel ghiaccio potrebbe arrivare una nuova chiave per comprendere dove e come nascono le particelle più estreme del cosmo.  

L’immagine in alto mostra Pueo presso la struttura per palloni aerostatici di lunga durata in Antartide, immediatamente dopo il rilascio del pallone Crediti: Nasa/Scott Battaion