PREMESSA:
In fisica delle particelle il
neutrino è una particella subatomica elementare di massa piccolissima e carica
elettrica nulla. Appartiene al gruppo dei leptoni e alla famiglia dei fermioni.
Possiede elicità uguale a -1 (elicità sinistrorsa) (L'elicità di una particella è definita come la proiezione del suo
vettore di spin nella direzione del suo impulso (quantità di moto) : Dalla
definizione consegue che se il vettore di spin punta nella stessa direzione del
momento, allora l'elicità sarà positiva, altrimenti negativa). Dopo esserne
stato considerato per lungo tempo privo, alcuni esperimenti hanno mostrato che
ha una massa da 100 000 a 1 milione di volte inferiore a quella dell'elettrone,
con valore più probabile intorno a 0,05 eV/c2. I neutrini interagiscono solo con
la forza nucleare debole e la forza gravitazionale, non risentendo né
dell'interazione nucleare forte né dell'interazione elettromagnetica.
Il nome neutrino fu coniato da Edoardo Amaldi durante una conversazione con
Enrico Fermi all'Istituto di fisica di via Panisperna a Roma, come diminutivo
scherzoso della parola neutrone, altra particella neutra molto più massiccia.
Il termine fu poi adottato da Fermi in una conferenza a Parigi nel luglio 1932
e alla conferenza Solvay del 1933, dove fu utilizzato anche da Wolfgang Pauli,
e da lì si diffuse nella comunità scientifica internazionale. Poiché
il neutrino interagisce debolmente, quando si muove attraverso la materia le
sue possibilità di interazione sono molto piccole. Occorrerebbe un ipotetico
muro in piombo spesso un anno luce per bloccare la metà dei neutrini che lo
attraversano. I rivelatori di neutrini di solito contengono centinaia di
tonnellate di materiale, costruito in modo tale che pochi atomi al giorno
interagiscano con i neutrini entranti. Esistono tre tipi differenti di
neutrino: il neutrino elettronico νe,
il neutrino muonico νμ e il neutrino tauonico ντ, in diretta
relazione rispettivamente con i leptoni del modello standard (elettrone, muone
e tauone). L'esistenza di tre famiglie di neutrini è stata misurata al Large
Electron-Positron Collider. In particolare, la misura della larghezza di
decadimento del bosone Z ha stabilito che esistono tre tipologie di neutrino
aventi massa minore di 45 GeV e che interagiscano debolmente. Nel Modello
Standard (MS) i neutrini sono ipotizzati esistere privi di massa. Tuttavia,
esperimenti recenti suggeriscono che ciò sia falso. Infatti, flussi di neutrini
possono oscillare tra i tre autostati di interazione, in un fenomeno conosciuto
come oscillazione
dei neutrini (che fornisce una soluzione al problema dei neutrini
solari e a quello dei neutrini atmosferici). Questo, inevitabilmente, induce a
modificare il MS, introducendo dei termini nuovi per soddisfare la richiesta
che i neutrini siano particelle dotate di massa. Da diversi esperimenti
effettuati da numerose collaborazioni internazionali (tra le quali si possono
citare Super-Kamiokande, Sudbury Neutrino Observatory e KamLAND), è emersa
l'evidenza del fenomeno noto come "oscillazione di sapore"
dei neutrini, un fenomeno che fa mutare la particella da una "famiglia"
ad un'altra, suggerendo che questa particella possegga una massa, così come già
teorizzato dal fisico Bruno Pontecorvo nel 1969. I neutrini
esistono in tre "sapori" conosciuti, i muonici, gli elettronici e i
tauonici, assieme ai loro antineutrini. Alcuni anni fa si pensava che i
neutrini potessero essere ritenuti responsabili per la materia oscura, ma con
l'attuale conoscenza della loro massa possono contribuire solo per una frazione
insignificante.
LA NOTIZIA:
I neutrini si trasformano: nuova importante scoperta (O
MEGLIO RICONFERMA – NDR) del Cern
I neutrini, a dispetto del nome,
hanno una loro personalità: si trasformano. Scherzi a parte, a trovarne le
prove è stata la collaborazione internazionale dell'esperimento Opera
(Oscillation Project with Emulsion-Racking Apparatus) che oggi ha presentato,
nel corso di un seminario ai laboratori nazionali del Gran Sasso (Lngs)
dell'Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn), e in un articolo pubblicato
sulla rivista Physical Review Letters, i risultati finali dei suoi cinque anni
di osservazione dei neutrini prodotti con il progetto Cngs (Cern Neutrinos to
Gran Sasso) un fascio di neutrini muonici. Cngs è stato realizzato per
verificare il fenomeno della trasformazione dei neutrini muonici, misurando con
il rivelatore Opera l'apparizione di neutrini tau, dopo il loro viaggio dal
Cern ai laboratori sotterranei del Gran Sasso. Nei suoi risultati finali Opera
riporta un totale di 10 eventi indicativi della trasformazione dei neutrini da
muonici in tau. Questo risultato dimostra in modo diretto e inequivocabile che
i neutrini muonici oscillano in neutrini tau. Esistono, infatti, tre tipi di
neutrini: muonici, elettronici e tau. La loro trasformazione è un processo noto
come "oscillazione", la cui scoperta è stata insignita del premio
Nobel per la fisica nel 2015. I neutrini muonici prodotti al Cern tra il 2008 e
il 2012 con il fascio Cngs raggiungevano i laboratori Infn del Gran Sasso dopo
aver percorso 730 km attraverso la crosta terrestre, in 2,4 millisecondi. Al
loro arrivo erano rivelati dall'esperimento Opera, un apparato di circa 4.000
tonnellate di massa complessiva, composto di 150.000 mattoncini costituiti da
lastre di piombo, con cui interagivano i neutrini, ed emulsioni nucleari
utilizzate per fotografare le interazioni. La collaborazione Opera ha osservato
il primo evento di oscillazione di un neutrino muonico in uno tau nel 2010,
seguito da quattro eventi rivelati tra il 2012 e il 2015, quando ha annunciato
la scoperta dell'apparizione del neutrino tau avendo raggiunto per la prima
volta la significatività statistica necessaria. Il trasformismo dei neutrini
dimostra che hanno una massa. E questo può modificare molte conoscenze nel
campo della Fisica. Ora, grazie a una nuova strategia di analisi applicata
all'intero campione di dati raccolto tra il 2008 e il 2012 - vale a dire il
periodo in cui è stato attivo il fascio dal Cern ai laboratori del Gran Sasso -
sono stati identificati in totale 10 eventi candidati, che hanno ulteriormente
migliorato il livello di significatività statistica della scoperta.
"Abbiamo analizzato tutti i dati con una strategia completamente nuova,
tenendo conto delle caratteristiche peculiari degli eventi", ha spiegato
Giovanni De Lellis, responsabile della collaborazione internazionale Opera.
"E riportiamo anche - ha proseguito De Lellis - la prima osservazione
diretta del numero leptonico del neutrino tau, ossia il parametro che
discrimina i neutrini dalla loro controparte di antimateria, gli antineutrini.
È molto gratificante vedere oggi che i risultati ottenuti superano ampiamente
il livello di significatività statistica che avevamo previsto quando abbiamo
proposto l'esperimento". Oltre al contributo dell'esperimento a una
migliore comprensione del comportamento dei neutrini, l'eredità di Opera
consiste anche nello sviluppo di nuove tecnologie. La collaborazione ha aperto
la strada all'impiego su larga scala delle cosiddette pellicole di emulsioni
nucleari per registrare tracce di particelle con tecnologie completamente
automatizzate ad alta velocità e di accuratezza sub-micrometrica. Oltre che per
la rivelazione dei neutrini, questa tecnologia trova applicazioni in una vasta
gamma di altre aree scientifiche, dalla ricerca della materia oscura fino
all'indagine dei vulcani. È utilizzata anche per ottimizzare l'adroterapia
oncologica, ed è stata recentemente impiegata per studiare la Grande Piramide,
uno dei più antichi e grandi monumenti al mondo, costruiti durante la dinastia
del faraone Khufu, noto anche come Cheope.
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