Il Premio per la Fisica 2026 a Francis Halzen riconosce la nascita dell’astronomia dei neutrini ad alta energia. Una ricerca che prosegue anche nel Mediterraneo con il telescopio KM3NeT-ARCA al largo di Capo Passero
C’è un modo di osservare l’universo che richiede di guardare nelle sue profondità: sotto il ghiaccio dell’Antartide o sul fondo del mare. È lì che migliaia di sensori attendono un segnale rarissimo, prodotto dal passaggio di un neutrino.
A Francis Halzen, protagonista della realizzazione dell’osservatorio antartico IceCube, è stato assegnato il Premio Nobel per la Fisica 2026 per i suoi contributi decisivi all’esperimento e alla scoperta di neutrini ad alta energia di origine astrofisica.
Per chi, come me, insegna fisica delle particelle, il nome di Halzen ha anche un significato più personale. Ho studiato sul Quarks and Leptons, il testo che scrisse con Alan D. Martin, e continuo a seguirlo nel mio corso di particelle elementari. Ritrovare il suo nome associato a un’impresa che ha aperto una nuova strada all’osservazione del cosmo rende particolarmente evidente il legame tra ciò che insegniamo nelle aule e ciò che la ricerca riesce, passo dopo passo, a scoprire.
Francis Halzen, vincitore del Nobel per la Fisica 2026 (Foto: Althea Dotzour / UW–Madison, 2024)
Messaggeri di un universo estremo
I neutrini sono particelle senza carica elettrica, con una massa piccolissima, che interagiscono molto raramente con la materia. Un numero enorme di neutrini attraversa ogni istante anche il nostro corpo. Questa loro elusività è, per i fisici, una qualità preziosa: possono percorrere distanze cosmiche senza essere deviati dai campi magnetici e portare fino a noi informazioni sui luoghi in cui sono stati prodotti.
I neutrini di alta energia sono particolarmente interessanti. Possono raccontarci che cosa accade negli ambienti più estremi dell’universo, dove le particelle vengono accelerate a energie immense, per esempio nelle regioni intorno a buchi neri supermassicci. Il problema è riuscire a intercettarli. Poiché interagiscono così di rado, occorrono rivelatori giganteschi, ambienti estremi dove il rumore di fondo è ridotto al minimo, e anni di osservazioni.
L’intuizione alla base di IceCube è stata trasformare un chilometro cubo di ghiaccio antartico in un telescopio. I sensori installati in profondità non vedono direttamente il neutrino: registrano i deboli lampi di luce prodotti dalle particelle cariche generate quando, eccezionalmente, un neutrino interagisce nelle vicinanze. Dalla luce e dal suo tempo di arrivo si ricostruiscono le caratteristiche dell’evento.
Nel 2013 IceCube ha annunciato l’osservazione di neutrini cosmici ad alta energia. Negli anni successivi, le sue osservazioni hanno fornito indizi su possibili sorgenti, tra cui il blazar TXS 0506+056. Il confronto con i dati di altri telescopi ha mostrato quanto sia potente studiare uno stesso fenomeno attraverso messaggeri diversi.
Un altro telescopio nelle profondità del Mediterraneo
La strada aperta da IceCube passa oggi anche dalla Sicilia. A circa cento chilometri da Portopalo di Capo Passero, a una profondità di circa 3.500 metri, è in costruzione ARCA, il telescopio di KM3NeT dedicato alla ricerca dei neutrini cosmici di alta energia. Il principio è simile a quello di IceCube: anche qui si osserva la luce emessa dalle particelle prodotte dalle interazioni dei neutrini.
Cambia il mezzo attraversato dalla luce: ad ARCA è l’acqua marina, a IceCube il ghiaccio. Cambia anche il punto da cui si osserva il cielo. La posizione mediterranea di ARCA offre un’importante vista su regioni della nostra Galassia, compreso il centro galattico.
Schema semplificato di KM3NeT-ARCA: due blocchi di linee di rivelazione sul fondale e collegamento alla stazione di terra. Elaborazione originale su dati della Collaborazione KM3NeT
ARCA è formato da lunghe linee flessibili ancorate al fondale e tenute verticali da boe sommerse. Ogni linea, alta circa 700 metri, porta 18 moduli ottici: sfere di vetro resistenti alla pressione, ciascuna con 31 piccoli fotomoltiplicatori che raccolgono i lampi di luce prodotti in acqua.
I moduli sono collegati a una rete di cavi e nodi sottomarini che trasmette i segnali alla stazione di terra di Portopalo. I tempi di arrivo della luce ai diversi sensori permettono di ricostruire la traiettoria della particella osservata e risalire alla direzione del neutrino. Il progetto prevede due grandi blocchi di linee; l’apparato si amplia progressivamente, continuando a raccogliere dati durante la costruzione.
ARCA ha già ottenuto un risultato straordinario mentre era ancora in costruzione. Il 13 febbraio 2023 ha registrato un evento compatibile con un neutrino cosmico di energia stimata intorno a 220 PeV, la più alta mai osservata per un neutrino. La collaborazione KM3NeT lo ha annunciato nel 2025, dopo una lunga analisi dei dati. Non sappiamo ancora da quale sorgente provenisse: un singolo evento, per quanto eccezionale, non basta a identificarla. È proprio questa una delle domande a cui le prossime osservazioni dovranno rispondere.
Visualizzazione dell’evento osservato dal rivelatore ARCA e illustrato nel materiale del progetto (Copyright KM3NeT)
Una ricerca collettiva, un contributo italiano fondamentale
Un Nobel porta il nome di una persona, ma un osservatorio di queste dimensioni è il risultato di un lavoro collettivo. Il riconoscimento a Halzen celebra anche la capacità di una collaborazione internazionale di trasformare un’idea scientifica in uno strumento funzionante e, infine, in una scoperta.
Anche KM3NeT nasce e cresce grazie al lavoro di una vasta collaborazione internazionale, nella quale l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare ha un ruolo fondamentale. Per l’INFN partecipano le Sezioni di Bari, Bologna, Firenze, Genova, Napoli, Roma 1 e Catania, il Gruppo collegato di Salerno e i Laboratori Nazionali del Sud. Questi ultimi sono il laboratorio di riferimento per il sito ARCA e gestiscono la stazione di terra di Portopalo, da cui si alimenta e si controlla il rivelatore sottomarino e se ne acquisiscono i dati.
Alle attività promosse dall’INFN collaborano anche il Politecnico di Bari e le Università di Bologna, Firenze, Genova, Napoli Federico II, della Campania «Luigi Vanvitelli», Salerno e Catania. L’Università di Catania, grazie allo stretto legame scientifico con la Sezione INFN di Catania e con i Laboratori Nazionali del Sud, partecipa in modo particolarmente attivo alla ricerca e alla formazione delle nuove generazioni di ricercatrici e ricercatori.
Dietro un evento come quello rivelato da ARCA ci sono persone che progettano e preparano i sensori, verificano i componenti prima dell’installazione, lavorano alle operazioni in mare e analizzano i dati. Raccontare la scoperta significa dare spazio anche a questo lavoro, che raramente compare accanto all’energia di un neutrino o alla distanza di una possibile sorgente.
I prossimi passi di ARCA
Il telescopio continua a crescere. Dopo la campagna marina conclusa nel settembre 2026, ARCA conta 62 linee di rivelazione installate.
I prossimi ampliamenti saranno sostenuti da due progetti: Nautilus, finanziato con 15,4 milioni di euro dal Ministero dell’Università e della Ricerca nell’ambito del Programma Nazionale Ricerca, Innovazione e Competitività 2021–2027, che dà continuità alle attività avviate con KM3NeT4RR; e KM3Ne(X)T, sostenuto da un finanziamento di quasi 16 milioni di euro della Regione Siciliana, a cui si aggiungono 4 milioni di euro dell’INFN.
Campagna marina ARCA62, settembre 2026 (Fonte Infn)
KM3Ne(X)T, di cui sono principal investigator, contribuirà a completare il primo blocco di ARCA e ad avviare la costruzione del secondo. Nel progetto KM3Ne(X)T un ruolo primario sarà condotto dalla Sezione INFN di Catania e dai LNS, le due unita INFN presenti sul territorio siciliano, naturalmente con il coinvolgimento anche della componente universitaria del nostro Ateneo.
Guidare un’iniziativa di queste dimensioni è una responsabilità che sento soprattutto nei confronti delle persone che vi lavorano e del percorso scientifico su cui possiamo costruire il futuro del telescopio. Ogni avanzamento richiede scelte condivise e attenzione ai dettagli: dalla preparazione delle nuove linee fino alla loro installazione a migliaia di metri di profondità.
È uno sforzo corale di tante persone: ricercatrici e ricercatori ma anche tecnici e personale amministrativo, senza le quali una impresa di queste dimensioni non potrebbe tramutarsi in un progetto di successo.
I nuovi finanziamenti permetteranno ad ARCA di osservare con una capacità crescente un universo che conosciamo ancora poco. Il Nobel a Halzen ci ricorda quanta strada sia stata percorsa da quando il neutrino fu rivelato sperimentalmente, settant’anni fa. IceCube ha aperto una nuova via sotto il ghiaccio antartico.
Dalle profondità del Mediterraneo, ARCA contribuisce oggi a percorrerla, cercando di rispondere alla domanda che resta al centro di questa ricerca: quali sono le sorgenti dei neutrini più energetici dell’universo?
Alessia Tricomi – Dipartimento di Fisica e Astronomia “Ettore Majorana”, INFN Sezione di Catania e Centro Siciliano di Fisica Nucleare e Struttura della Materia (CSFNSM)