Neutrini: i primi risultati di ICARUS al Fermilab

30 Marzo 2026

La Collaborazione dell’esperimento ICARUS (Imaging Cosmic And Rare Underground Signals), guidata dal Premio Nobel Carlo Rubbia, ha presentato i primi risultati sulle oscillazioni di neutrini al fascio Booster Neutrino Beam del Fermilab, negli Stati Uniti, ricercando una possibile scomparsa dei neutrini muonici. I risultati sono descritti in un articolo scientifico reso disponibile sulla piattaforma ArXiv e sottomesso alla rivista Physical Review D per la pubblicazione. L’analisi si basa sui dati raccolti da ICARUS nel periodo 2022–2023, corrispondenti a circa 2,05×10²⁰ protoni su bersaglio, e rappresenta la prima ricerca di oscillazioni di neutrino realizzata dall’esperimento ICARUS da quando è in attività al Fermilab.

ICARUS è un rivelatore a proiezione temporale che contiene 760 tonnellate di argon liquido ultrapuro in grado di visualizzare e ricostruire, con precisione millimetrica, la posizione degli eventi di neutrino misurando il tempo che i segnali prodotti dalla loro interazione impiegano a raggiungere gli elettrodi di lettura. Dopo aver condotto importanti ricerche ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN, ed essere stato potenziato al CERN, ICARUS prende dati al Fermilab dal 2020 come rivelatore più distante nell’ambito del programma Short Baseline Neutrino (SBN) alla ricerca del “neutrino sterile”. È attualmente il più grande rivelatore di questo tipo al mondo in funzione su un fascio di neutrini. Le sue caratteristiche distintive includono la ricostruzione tridimensionale delle tracce di particelle con risoluzione dell’ordine del millimetro, la misura calorimetrica dell’energia di elettroni, muoni e adroni, e un’eccellente capacità di discriminazione tra elettroni e fotoni, fondamentale per l’identificazione dei neutrini elettronici.

L'immagine mostra una panoramica del grande vivelatore ad argon liquido ICARUS

L’immagine mostra l'interazione di un neutrino in argon liquido con la produzione di un muone e due protoni, registrata da ICARUS. La scala dei colori indica il deposito di energia di ciascuna particella

L’analisi si basa sulla selezione di eventi caratterizzati dalla presenza di un muone, almeno un protone e nessun pione, effettuata mediante due approcci, automatici e indipendenti, di ricostruzione degli eventi: Pandora e SPINE, quest’ultimo interamente basato su tecniche di intelligenza artificiale. I due approcci hanno raggiunto efficienze di identificazione del possibile segnale rispettivamente del 48% e del 78%, e purezze dell’82% e del 91%. Un trattamento approfondito delle incertezze sistematiche ha consentito di valutare in modo accurato il flusso di neutrini del Booster Neutrino Beam, le interazioni dei neutrini in argon liquido e le prestazioni del rivelatore.

La collaborazione ICARUS non ha osservato alcuna evidenza statisticamente significativa di scomparsa di neutrini muonici nello spettro energetico delle interazioni di corrente carica. Sono state quindi tracciate delle curve di esclusione con un livello di confidenza del 90%. In pratica, queste curve indicano quali valori di alcuni parametri fisici caratteristici – la differenza tra i quadrati delle masse dei neutrini coinvolti e l’ampiezza della probabilità di oscillazione dei neutrini muonici – non sono compatibili con i dati osservati. Il contorno dei risultati sperimentali ottenuti dall’esperimento si trova quasi completamente all’interno della regione di sensibilità prevista, entro circa una deviazione e mezza standard, quindi in buon accordo con le aspettative.

Pur con le limitazioni intrinseche a un’analisi di scomparsa di neutrini muonici condotta con un singolo rivelatore, questi primi risultati rappresentano una tappa fondamentale per il programma Short-Baseline Neutrino. Essi dimostrano l’elevata qualità dei dati raccolti con ICARUS e la piena idoneità del rivelatore per analisi di fisica di precisione, nonché la maturità degli strumenti software per la selezione degli eventi, l’analisi statistica e la simulazione del rivelatore.

I risultati ottenuti, uniti all’operatività congiunta con il rivelatore vicino SBND – esposto allo stesso fascio di neutrini ma a distanza inferiore dalla sorgente – aprono la strada a un’analisi combinata a due rivelatori solida e competitiva a livello internazionale. Il successo di questa misura dimostra la validità e l’efficacia sperimentale della tecnica ad argon liquido che sta alla base del futuro esperimento DUNE.