Da dove i neutrini prendono la loro massa? È un mistero, uno dei più sconcertanti nel modello standard della fisica delle particelle. Ma un team di fisici pensa di sapere come risolverlo.
Ecco il problema: i neutrini sono strani. Particelle ultra-deboli, la maggior parte di esse sono così a bassa energia e inconsistenti da passare attraverso il nostro intero pianeta senza fermarsi. Per decenni, gli scienziati hanno pensato di non avere alcuna massa. Nella versione originale del Modello standard, che descrive la fisica delle particelle, il neutrino era completamente privo di peso. Circa due decenni fa, è cambiato. I fisici ora sanno che i neutrini hanno massa, anche se in quantità minuscole. E non sono ancora sicuri del perché quella massa sia.
Tuttavia, possiamo risolvere il mistero, sostiene un nuovo articolo pubblicato il 31 gennaio sulla rivista Physical Review Letters. Dato il tempo e i dati sufficienti, i neutrini a più alta energia che possiamo già rilevare dovrebbero aiutare a svelare i segreti della loro massa.
Rilevamento delle risonanze del neutrino
I neutrini vengono con diverse quantità di energia: due particelle altrimenti identiche si comporteranno in modo molto diverso a seconda della quantità di energia che trasportano.
La maggior parte dei neutrini che possiamo rilevare provengono dal nostro sole e da una manciata di fonti di energia super-luminose sulla Terra (come i reattori nucleari) e sono relativamente a bassa energia. E i neutrini a bassa energia scivolano facilmente attraverso pezzi di materia, senza sbattere contro nulla. Ma il nostro pianeta è anche bombardato da neutrini di energia molto più elevata. E questi hanno molte più probabilità di sbattere contro altre particelle, come un rimorchio di un trattore che urla lungo l'autostrada nella corsia di passaggio.
Nel 2012, un rivelatore di particelle è arrivato online in Antartide, progettato per rilevare quei neutrini ad alta energia. Ma il rilevatore, chiamato IceCube, non può rilevarli direttamente. Invece, cerca le conseguenze di collisioni di neutrini ad alta energia con molecole d'acqua nel ghiaccio circostante - collisioni che producono esplosioni di altri tipi di particelle che IceCube può rilevare. Di solito quelle esplosioni sono disordinate, producendo una varietà di particelle. Ma a volte sono insolitamente puliti - il risultato di un processo chiamato risonanza, ha detto il co-autore dello studio Bhupal Dev, un fisico della Washington University di St. Louis.
Quando un neutrino si schianta contro un'altra particella, in particolare un elettrone, e a volte attraversa un processo noto come risonanza di Glashow, Dev ha detto a Live Science che la risonanza unisce le due particelle e le trasforma in qualcosa di nuovo: un bosone W. Proposto per la prima volta nel 1959, la risonanza di Glashow richiede energie molto elevate e un singolo esempio potrebbe essere apparso su IceCube nel 2018, secondo un discorso del 2018 durante una conferenza sui neutrini.
Ma secondo Dev e i suoi coautori, potrebbero esserci altri tipi di risonanze là fuori. Una delle teorie più popolari su come i neutrini ottengono la loro massa è conosciuta come il "modello Zee". E sotto il modello Zee, ci sarebbe un altro tipo di risonanza come Glashow, producendo un'altra nuova particella, nota come "Zee burst", i ricercatori hanno scritto nel nuovo studio. E quella risonanza sarebbe all'interno della capacità di IceCube di rilevare.
Se venisse rilevato uno scoppio di Zee, porterebbe a un radicale aggiornamento del Modello standard, trasformando completamente il modo in cui i fisici vedono i neutrini, ha detto Dev.
Il modello Zee passerebbe da una teoria a una solida scienza e il modello esistente di neutrini verrebbe espulso.
Ma IceCube è sensibile solo a determinate gamme di energie di neutrino e le condizioni che produrrebbero esplosioni di Zee si trovano sui bordi esterni di quella gamma. Dato il tempo, uno di questi incidenti verrà probabilmente rilevato da IceCube ad un certo punto nei prossimi 30 anni.
Ma per fortuna, i ricercatori stanno arrivando aggiornamenti su IceCube. Una volta che il rilevatore viene aggiornato a IceCube-Gen 2 molto più grande e sensibile (non è chiaro esattamente quando ciò accadrà), il dispositivo più sensibile dovrebbe essere in grado di captare uno scoppio di Zee in soli tre anni - se gli scoppi di Zee sono davvero là fuori.
E se le esplosioni di Zee non sono là fuori e il modello Zee è sbagliato, il mistero della massa di neutrini diventerà solo più profondo.
