I neutrini sono alcune delle creature più abbondanti, curiose ed elusive nella fisica delle particelle. Alcuni di loro sono in circolazione dal Big Bang e, proprio come hai letto, migliaia di miliardi sono passati attraverso il tuo corpo (e altri sono in arrivo). Ma nonostante la loro onnipresenza i neutrini sono notoriamente difficili da studiare proprio perché ignora praticamente tutto fatto di qualsiasi altra cosa. Quindi non sorprende che pesare un neutrino non sia semplice come educatamente chiedere di salire su una bilancia.
Per fortuna i fisici delle particelle sono molto tenaci, compresi quelli del Fermilab del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, e non si stanno arrendendo al loro ultimo safari sui neutrini: l'esperimento di apparizione del neutro di elettroni fuori asse NuMI o NOvA. (Gli scienziati rappresentano i neutrini con la lettera greca nu, ov.) È una caccia al gioco molto piccola per catturare i neutrini al volo e usa un equipaggiamento molto grande per fare il lavoro. Ed ha già catturato i suoi primi neutrini, anche prima che la loro installazione sia completamente completa.
Creato rompendo i protoni contro i bersagli di grafite nella struttura di Fermilab appena fuori Chicago, Illinois, i neutrini risultanti vengono raccolti e lanciati in un raggio a 500 miglia a nord-ovest del rivelatore lontano NOvA ad Ash River, Minnesota, situato lungo il confine canadese. Le prime travi sono state sparate a settembre 2013, mentre l'impianto di Ash River era ancora in costruzione.
"Il fatto che i primi neutrini siano stati rilevati anche prima che l'installazione del rilevatore lontano NOvA sia completa è un vero tributo a tutti i soggetti coinvolti", ha detto il fisico dell'Università del Minnesota Marvin Marshak, direttore del laboratorio di Ash River. "Questo primo risultato suggerisce che la collaborazione NOvA fornirà importanti contributi alla nostra conoscenza di queste particelle in un futuro non così lontano."
I raggi di Fermilab vengono lanciati a intervalli di due secondi, ciascuno inviando miliardi di neutrini direttamente verso i rivelatori. Il rilevatore vicino a Fermilab conferma il "sapore" iniziale dei neutrini nel raggio e il rivelatore lontano molto più grande determina quindi se i neutrini sono cambiati durante il loro viaggio interstatale sotterraneo di tre millisecondi.
Ancora una volta, poiché i neutrini non interagiscono prontamente con particelle ordinarie, i raggi possono facilmente viaggiare attraverso il terreno tra le strutture, nonostante la curvatura della Terra. In effetti il raggio, che inizia a 150 piedi (45 metri) sotto terra vicino a Chicago, alla fine passa oltre 10 km durante il suo viaggio.
Secondo un comunicato stampa di Fermilab, i neutrini “sono di tre tipi, chiamati sapori (elettrone, muone o tau), e cambiano tra loro mentre viaggiano. I due rivelatori dell'esperimento NOvA sono così distanti tra loro per dare ai neutrini il tempo di oscillare da un sapore all'altro viaggiando quasi alla velocità della luce. Anche se solo una piccola parte del rilevatore più grande dell'esperimento, chiamato rivelatore lontano, è completamente costruito, riempito con scintillatore e cablato con elettronica a questo punto, l'esperimento lo ha già usato per registrare segnali dai suoi primi neutrini. "
I blocchi del rivelatore alti 15 metri sono pieni di uno scintillatore liquido composto per il 95% da olio minerale e per il 5% da idrocarburo liquido chiamato pseudocumene, che è tossico ma "indispensabile per il processo di rilevazione dei neutrini". La miscela ingrandisce la luce che la colpisce, consentendo di rilevare e misurare più facilmente i colpi di neutrino. (Fonte)
"NOvA rappresenta una nuova generazione di esperimenti sui neutrini", ha dichiarato Nigel Lockyer, direttore di Fermilab. "Siamo orgogliosi di raggiungere questo importante traguardo nel nostro modo di imparare di più su queste particelle fondamentali".
Dopo il completamento di quest'estate, i rilevatori vicini e lontani di NOvA peseranno rispettivamente 300 e 14.000 tonnellate.
L'obiettivo dell'esperimento NOvA è catturare e misurare con successo le masse dei diversi sapori di neutrini e anche determinare se i neutrini sono le loro stesse antiparticelle (potrebbero essere le stesse, poiché mancano di carica specifica). Confrontando le oscillazioni (cioè il sapore cambiamenti) di fasci di neutroni di muoni rispetto a fasci di antineutrino di muoni sparati da Fermilab, gli scienziati sperano di determinare la loro gerarchia di massa - e alla fine scoprono perché l'Universo contiene attualmente molta più materia dell'antimateria.
Per saperne di più: il rilevamento dei neutrini potrebbe aiutare a dipingere un'immagine completamente nuova dell'universo
Una volta che l'esperimento sarà pienamente operativo, gli scienziati si aspettano di catturare alcuni preziosi neutrini ogni giorno - circa 5.000 in totale nel corso dei suoi sei anni. Fino ad allora, almeno ora hanno i loro primi libri.
“Vedere i neutrini nei primi moduli del rivelatore in Minnesota è una pietra miliare importante. Ora possiamo iniziare a fare fisica. "
- Rick Tesarek, fisico del Fermilab
Ulteriori informazioni sullo sviluppo e la costruzione dell'esperimento NoVA di seguito:
(Credito video: Fermilab)
Scopri di più sugli obiettivi di ricerca di NOvA qui.
Fonte: comunicato stampa Fermilab
La collaborazione NOvA è composta da 208 scienziati di 38 istituzioni negli Stati Uniti, in Brasile, nella Repubblica Ceca, in Grecia, in India, in Russia e nel Regno Unito. L'esperimento riceve finanziamenti dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, dalla National Science Foundation e da altre agenzie di finanziamento.
