Piombo romano antico per capire la natura dei neutrini

Uno degli argomenti principali  nella fisica astroparticellare è la ricerca di eventi rari, quali le interazioni dei neutrini da sorgenti naturali, da acceleratori o da reattori nucleari, nonchè delle cosidette WIMPS, costituenti la “materia oscura” che pervade il nostro universo. Altri importanti oggetti di ricerca sono processi nucleari molto rari, quali il decadimento doppio beta senza neutrini, che permetterebbe, se trovato, di chiarire la natura intima del neutrino. Per ridurre il fondo di eventi naturali che potrebbe nascondere i processi che si cercano occorre installare l’apparato in un laboratorio sotterraneo come quello del Gran Sasso, al riparo dai raggi cosmici, e schermarlo contro la radioattività ambientale.

Il piombo rappresenta da questo punto di vista un materiale ideale per la sua densità e numero atomico elevato, unito a proprietà meccaniche discrete e ad un costo accettabile. Il piombo presenta però un grave problema: la presenza di un isotopo radioattivo naturale, il Pb-210, che può spesso contribuire al fondo naturale a cui è soggetto il rivelatore. Fortunatamente il Pb-210 si dimezza ogni 22 anni circa: esisteva quindi al tempo della sua estrazione, ma è praticamente scomparso attualmente.

La scoperta nelle vicinanze della costa sarda del relitto di una “navis oneraria magna”, specializzata nel trasporto del piombo, ha dato origine a una fattiva collaborazione tra la Soprintendenza Archeologica di Cagliari e l’INFN che si è fatta carico del ricupero di mille lingotti di piombo romano di 33 chilogrammi ciascuno, 150 lingotti sono stati forniti all’INFN per le sue ricerche con l’obbligo del ricupero, per ogni lingotto, del cartiglio con l’iscrizione romana e l’invito a svolgere ricerche fisiche di interesse archeologico.

Misure condotte presso il Dipartimento di Fisica e la Sezione INFN di Milano-Bicocca hanno immediatamente mostrato la straordinaria qualità di questo piombo, dove la presenza del Pb-210 è risultata inferiore di cinque ordini di grandezza rispetto a quella del piombo moderno. Misure più recenti svolte utilizzando l’attivazione neutronica presso il reattore di Pavia hanno mostrato anche l’assenza di altre contaminazioni radioattive. In particolare il contenuto di Uranio e Torio è risultato inferiore a una parte per trilione. Si sono quindi richiesti e ottenuti altri 120 lingotti, già installati all’interno del Laboratorio del Gran Sasso, che, uniti ai precedenti, permetteranno una preziosa schermatura dell’esperimento CUORE (acronimo di Cryogenic Underground Observatory for Rare Events), attualmente in costruzione per la ricerca del decadimento doppio beta senza neutrini e lo studio di altri processi nucleari particolarmente rari. E' ripresa contemporaneamente un'attività di ricerca in collaborazione tra la Soprintendenza di Cagliari e le Sezioni INFN e relative università di Cagliari e Milano-Bicocca per studiare congiuntamente l’origine non solo del piombo romano, ma anche di reperti dell’età del bronzo.