Cos’è il neutrino?

Il neutrino è una particella elementare prevista dal modello standard. E’ una particella che da subito ha destato molto interesse per le sue caratteristiche. Essa infatti interagisce solo con la forza di gravità e con la forza nucleare debole, la forza agente ad esempio tra quark e/o tra leptoni. Il neutrino non possiede carica elettrica, o ad essere precisi ha una carica elettrica nulla. La sua massa è davvero molto piccola, infatti si stima che il suo valore si aggiri intorno a mezzo decimo di eV, 0.05 eV/c2 . In altri termini ha una massa compresa tra 100.000 e 1 milione di volte più piccola di quella dell’elettrone. La sua teorizzazione risale al 1930 grazie al fisico austriaco Pauli, e scoperto sperimentalmente nel 1956. Il neutrino, dal momento che interagisce solo con interazioni deboli, è molto difficile da essere individuato dai rilevatori. Infatti ancora adesso sono in corso numerosi esperimenti riguardo questa particella poiché la si conosce relativamente poco.

Rivelatore di neutrini Super-Kamiokande, Giappone, Kamioka Observatory. (www.media.inaf.it)

Uno dei problemi aperti, alla base di molti dibattiti, è il problema dell’oscillazione del neutrino.

Oscillazione del neutrino

Non è un fenomeno molto intuitivo, per questo motivo con questa discussione ci si addentra nei meandri della fisica delle particelle. Per cercare di capire questo fenomeno bisogna parlare del sapore. Questo è un insieme di numeri quantici che identificano delle particelle, che non sarebbero distinguibili altrimenti. Nella fisica delle particelle ricorre spesso l’introduzione e l’utilizzo di numeri quantici, poiché è come creare un identikit di ognuna delle particelle conosciute, dove la massa e la carica non sono sufficienti a farlo, essendo solo due delle diverse informazioni per completare una descrizione univoca. Nel modello standard sono stati teorizzati tre tipi di neutrino: neutrino elettronico, neutrino tauonico, e neutrino muonico. Nomi altisonanti che in sostanza derivano dal nome delle particelle insieme alle quali essi formano un’intera generazione di leptoni, e queste particelle sono proprio l’elettrone, il tauone, e il muone. Negli esperimenti, fasci di neutrini vengono sparati contro dei rivelatori che raccolgono i dati necessari. Durante il viaggio che i neutrini affrontano dalla sorgente al rivelatore, esso può oscillare. In questo senso si intende che può cambiare il suo sapore di partenza in un altro, in un certo senso è come se cambiasse la tipologia di particella, pur rimanendo un neutrino. E questo può essere misurato ponendo un detector ad una certa distanza dalla sorgente, e confrontando il fascio rilevato con il fascio di partenza.

Rappresentazione grafica dei gruppi di particelle elementari (www.northwestern.edu)

Un esperimento chiamato MiniBooNE, ancora in corso al Fermilab, nel 2018 ha rilevato che una grande quantità di neutrini muonici veniva ‘trasformata’ in neutrini elettronici. Stessi risultati per altri esperimenti come il Liquid Scintillator Neutrino Detector (LSND) al  Los Alamos National Laboratory. Questi risultati possono essere spiegati teorizzando l’esistenza di un nuovo tipo di neutrino chiamato neutrino sterile. La teorizzazione di questa particella porterebbe della nuova fisica oltre il modello standard, come si dice nel settore, ovvero delle nuove scoperte che superano quelle del modello standard delle particelle conosciuto fino ad oggi. Il neutrino sterile sarebbe coinvolto nei processi di oscillazione dei neutrini e potrebbe quindi spiegare ciò che ad oggi è ancora oggetto di studio. Le difficoltà nello studio di questo tipo di particelle risiedono nel fatto che non è possibile misurare o rilevare direttamente il neutrino sterile, ma è possibile farlo solo osservando oscillazioni di neutrini, da questo infatti si comprende meglio il perché di un determinato tipo di assetto sperimentale come quelli in discussione.

Osservazioni e risultati di MINOS+

Al momento riguardo quanto riportato dall’esperimento MiniBooNE, che è l’esperimento che fornisce evidenze sull’esistenza del neutrino sterile, è solo possibile affermare che può trattarsi di inaccuratezza sperimentale sulla risposta dei rilevatori, oppure in una visione ottimistica, MiniBooNE ci sta suggerendo che c’è ancora della fisica oltre il modello standard. Tuttavia, come spiegato su un articolo recente dalla fonte IOP Publishing, e dall’esperimento MINOS+ ormai concluso, esso porterebbe su una strada totalmente diversa e anche un po’ triste per il destino di questa particella. Infatti a differenza degli indizi che in linea teorica e sperimentale, risultavano fino ad oggi, non c’è stata nessuna evidenza del neutrino sterile.

Laboratori di MINOS+, Fermilab (www.symmetrymagazine.org).

In MINIOS+, similmente all’assetto sperimentale degli altri studi, un fascio di neutrini muonici veniva sparato a due rivelatori posti uno ad 1 Km di distanza dalla sorgente e l’altro a ben 375 Km. Se ci fosse stata un’oscillazione di neutrini muonici maggiore di quella prevista dal modello standard, allora sarebbe stata una conferma congrua con gli studi di MiniBooNE, ma così non è stato. Nessuna evidenza anomala secondo MINOS+, nessuna traccia dell’esistenza del neutrino sterile.

Fedele Delvecchio

Leave comment

Your email address will not be published. Required fields are marked with *.

Questo sito usa Akismet per ridurre lo spam. Scopri come i tuoi dati vengono elaborati.