Che cosa nascondono i neutrini?

Nuovi studi su questa misteriosa particella elementare sembrano mettere in discussione il Modello Standard della fisica a partire da Albert Einstein e dalla Teoria della Relatività Speciale.

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I neutrini sono particelle elementari prive di carica elettrica e con una massa estremamente piccola, che non si è ancora riusciti a misurare. Queste particelle interagiscono molto raramente con la materia: possono infatti attraversare indisturbate enormi spessori e persino un intero pianeta - la Terra, per esempio - e forse addirittura viaggiare indefinitamente nell'universo. Il loro studio dà importanti informazioni in molti campi della fisica, dalla struttura della materia alla cosmologia, e promette di rivoluzionare l'attuale paradigma scientifico (il Modello Standard della fisica) mettendo in discussione persino Einstein.
 
I neutrini sono le particelle più elusive finora scoperte. La loro esistenza fu proposta nel 1930 dal fisico austriaco Wolfgang Pauli (Nobel 1945 per la Fisica) per spiegare le osservazioni sperimentali relative al decadimento radioattivo di tipo beta dei nuclei atomici: i risultati degli esperimenti erano infatti molto differenti dai risultati attesi. Tali differenze potevano essere giustificate ipotizzando che durante il decadimento fosse prodotta una particella neutra di massa molto piccola, all'epoca non rivelabile. Enrico Fermi (Nobel 1938 per la Fisica) elaborò poi ulteriormente questa ipotesi e diede al neutrino il suo nome.
 
Questa particella fu però osservata per la prima volta solo nel 1956, quando Clyde Cowan e Frederick Reines (entrambi Nobel 1995 per la Fisica) riuscirono per la prima volta a "catturare" dei neutrini (o più precisamente degli antineutrini) prodotti da un reattore nucleare negli Stati Uniti.

 

Finora si supponeva esistessero tre tipi (o "sapori" o "famiglie") di neutrini, detti neutrino elettronico, neutrino muonico e neutrino tau e indicati coi simboli νe, νμ, vt. In più, dato che ogni particella possiede una corrispondente antiparticella, dovremmo avere sei tipi di neutrini.
 
Le nostre conoscenze sono però tutt'altro che definitive: l'esperimento OPERA condotto tra il Cern e i Laboratori dell'Infn del Gran Sasso sembrano suggerire la possibilità di una oscillazione di sapore, fenomeno per il quale un neutrino può periodicamente cambiare "sapore". Allora quanti tipi di neutrini esistono, tre, sei oppure uno? E un'altra importante questione riguarda la sua energia cinetica: a quale velocità viaggia? Le informazioni a questo riguardo sono contrastanti e sembrano riservare importanti e rivoluzionarie sorprese.
 
APPROFONDIMENTI
# I neutrini su Focus.it
# Quattro schede in formato pdf realizzate dall'Infn (questi documenti sono stati prodotti qualche anno fa e non fanno riferimento alla possibilità che i neutrini possano cambiare natura né rispondono alle domande sulla loro velocità):
--> Che cosa sono i neutrini
--> Neutrini dal Sole
--> L'esperimento Borexino
--> Il Gallium Neutrino Observatory

22 Settembre 2011 | Raymond Zreick