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I neutrini hanno massa

Misure esguite al al KamLAND (Kamioka Liquid scintillator Anti-Neutrino Detector), dimostano che il neutrino ha massa diversa da zero.

I risultati sperimentali ottenuti nei primi sei mesi di esperimenti effettuati al KamLAND (Kamioka Liquid scintillator Anti-Neutrino Detector), il grande rivelatore di neutrini sotterraneo costruito in Giappone, non lasciano dubbi: gli anti neutrini hanno massa e possono “cambiare identità” durante il loro percorso, trasformandosi da un tipo all’altro (esistono infatti tre tipi di neutrino: elettronico, muonico e tau).
L’antimateria è una forma di “materia allo specchio”, dove tutte le cariche presenti nelle singole particelle si ritrovano rovesciate, ma che soddisfa le stesse leggi fisiche delle materia “normale”. I risultati ottenuti per l’anti neutrino possono quindi essere estesi direttamente anche ai neutrini solari e questo porta a confermare i dubbi emersi nel corso degli esperimenti condotti dai Raymond Davis Jr e Masatoshi Koshiba, che hanno ottenuto quest’anno il premio Nobel per la fisica proprio per le loro ricerche sui neutrini. L’esistenza di una massa diversa da zero per il neutrino costringerà i fisici a rivedere lo “Standard Model”, utilizzato fino ad oggi con grande successo per penetrare i segreti del mondo delle particelle sub atomiche.L’esistenza dei neutrini fu proposta teoricamente la prima volta nel 1930 da Wolfang Pauli per spiegare i risultati di alcuni processi di decadimento radioattivo che sembravano violare i principi di conservazione dell’energia. Tre anni dopo, Enrico Fermi chiamò queste particelle con il nome di “neutrini”, deducendone le proprietà fisiche fondamentali attraverso la teoria delle interazioni nucleari deboli. La prima evidenza sperimentale dei neutrini si ottenne solo nel 1956 e subito divenne evidente che in natura fossero presenti più specie di neutrini.
Il primo ad essere identificato fu il neutrino elettronico, associato ad un elettrone e prodotto in alcune reazioni nucleari. Il secondo tipo è chiamata neutrino muonico, perché correlato ad un muone (il muone è una particella simile ad un elettrone eccetto che per la massa, sensibilmente maggiore).
Sia l’elettrone che il muone fanno parte della famiglia dei leptoni e per questo quando nel 1975 fu scoperta la particella Tau, appartenente allo stesso gruppo, iniziò la caccia al terzo neutrino, il neutrino tau conclusasi solo nel 2000 nel corso dell’esperimento DONUT realizzato all’Energy’s Fermi National Accelerator Laboratory. L’ultimo dubbio rimasto su queste particelle era legato all’ipotesi che la loro massa non fosse esattamente nulla.
Già nel corso di precedenti esperimenti sui neutrini emessi dal sole, come quelli condotti al Sudbury Neutrino Observatory (SNO) e al Super Kamiokande (Super-K), era stata messa in evidenza la possibilità che esistesse un processo di oscillazione ovvero di un cambiamento d’identità dei neutrini durante il loro viaggio verso la Terra. Questi risultati ammettevano però altre spiegazioni oltre a quella che prevedeva una massa non nulla per il neutrino. Per cercare di risolvere il mistero, un gruppo internazionale di scienziati ha pensato di utilizzare i neutrini emessi durante il loro funzionamento dai rettori nucleari. I neutrini sono prodotti naturalmente durante i processi di fusione nucleare che fanno brillare le stelle, mentre gli anti neutrini sono originati nella fissione atomica, il processo utilizzato nei reattori nucleari per produrre energia. Per studiare questi anti neutrini è stato realizzato KamLand, il grande rivelatore collocato all’interno di una grotta nell’isola di Honsu, vicino alla città di Toyama, in Giappone. Il cuore del sistema è costituito da un grande pallone di 13 metri di diametro riempito con 1000 tonnellate di un particolare composto chimico in grado di emettere un flash di luce ogni volta che un anti neutrino collide con un protone. Il pallone è circondato da una rete composta da 1879 rivelatori di luce che trasformano il segnale ottico in un impulso elettrico, inviandolo ad un computer di controllo. Per evitare che i rivelatori siano tratti in inganno da eventuali sorgenti di radiazione esterna, tutto il sistema è stato collocato in una sfera cava di acciaio con un diametro di 18 metri. La costruzione del gigantesco rivelatore, iniziata nel 1998 e conclusasi nel gennaio di quest’anno, ha richiesto un investimento di 20 milioni di dollari. Gli anti neutrini rivelati da KamLand provengono dai 51 reattori nucleari che si trovano in Giappone, e dai 18 reattori installati nella Corea del Sud. Queste particolarissime particelle sub atomiche hanno una bassissima probabilità di interagire con la materia è potrebbero attraversare con facilità una parete di piombo con uno spessore pari alla distanza che separa la Terra dalla Luna. I risultati del lavoro di ricerca condotti al KamLAND da un gruppo di 92 fisici, sono stati pubblicati su Physical Review Letters. Nel corso di un periodo di osservazione durato 145 giorni sono stati registrati 54 eventi associabili alla presenza di un anti neutrino elettronico, poco più della metà di quelli previsti dalla teoria dello Standard Model che fissa una massa nulla per il neutrino. Dati che sono destinati dunque a modificare le proprietà fisiche di questa particella e che potrebbero cambiare anche il destino dell’universo.

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