I neutrini sono particelle subatomiche sfuggenti create in un'ampia varietà di processi nucleari. Il loro nome, che significa "piccolo neutro", si riferisce al fatto che non portano alcuna carica elettrica. Delle quattro forze fondamentali nell'universo, i neutrini interagiscono solo con la gravità due e la forza debole, che è responsabile del decadimento radioattivo degli atomi. Non avendo quasi nessuna massa, attraversano il cosmo quasi alla velocità della luce.
Innumerevoli neutrini sono nati in frazioni di secondo dopo il Big Bang. E nuovi neutrini vengono creati continuamente: nei cuori nucleari delle stelle, negli acceleratori di particelle e nei reattori atomici sulla Terra, durante il crollo esplosivo delle supernova e quando gli elementi radioattivi decadono. Ciò significa che ci sono, in media, 1 miliardo di volte più neutrini dei protoni nell'universo, secondo il fisico Karsten Heeger della Yale University di New Haven, nel Connecticut.
Nonostante la loro ubiquità, i neutrini rimangono in gran parte un mistero per i fisici perché le particelle sono così difficili da catturare. I neutrini fluiscono attraverso la maggior parte della materia come se fossero raggi di luce che attraversano una finestra trasparente, interagendo a malapena con tutto il resto esistente. Circa 100 miliardi di neutrini stanno attraversando ogni centimetro quadrato del tuo corpo in questo momento, anche se non sentirai nulla.
Alla scoperta di particelle invisibili
I neutrini furono inizialmente postulati come la risposta a un enigma scientifico. Alla fine del 19 ° secolo, i ricercatori si stavano scervellando su un fenomeno noto come beta decadimento, in cui il nucleo all'interno di un atomo emette spontaneamente un elettrone. Il decadimento beta sembrava violare due leggi fisiche fondamentali: conservazione dell'energia e conservazione della quantità di moto. Nel decadimento beta, la configurazione finale delle particelle sembrava avere un po 'troppo poca energia, e il protone era fermo invece di essere lanciato nella direzione opposta dell'elettrone. Fu solo nel 1930 che il fisico Wolfgang Pauli propose l'idea che una particella in più potesse volare fuori dal nucleo, portando con sé l'energia e lo slancio mancanti.
"Ho fatto una cosa terribile. Ho postulato una particella che non può essere rilevata", ha detto Pauli ad un amico, riferendosi al fatto che il suo neutrino ipotizzato era così spettrale che a malapena interagiva con qualsiasi cosa e avrebbe poco o niente massa .
Più di un quarto di secolo dopo, i fisici Clyde Cowan e Frederick Reines costruirono un rivelatore di neutrini e lo misero all'esterno del reattore nucleare nella centrale atomica del fiume Savannah nella Carolina del Sud. Il loro esperimento è riuscito a catturare alcune delle centinaia di miliardi di miliardi di neutrini che volavano dal reattore e Cowan e Reines hanno inviato con orgoglio a Pauli un telegramma per informarlo della loro conferma. Reines avrebbe continuato a vincere il premio Nobel per la fisica nel 1995, quando Cowan era morto.
Ma da allora, i neutrini hanno continuamente sfidato le aspettative degli scienziati.
Il sole produce un numero colossale di neutrini che bombardano la Terra. A metà del 20 ° secolo, i ricercatori hanno costruito rivelatori per cercare questi neutrini, ma i loro esperimenti hanno continuato a mostrare una discrepanza, rilevando solo circa un terzo dei neutrini che erano stati previsti. O c'era qualcosa che non andava nei modelli astronomici del sole, o qualcosa di strano stava succedendo.
I fisici alla fine hanno capito che probabilmente i neutrini sono disponibili in tre diversi gusti o tipi. Il neutrino ordinario è chiamato neutrino elettronico, ma esistono anche altri due sapori: un neutrino muonico e un neutrino tau. Mentre passano attraverso la distanza tra il sole e il nostro pianeta, i neutrini oscillano tra questi tre tipi, motivo per cui quei primi esperimenti - che erano stati progettati solo per cercare un sapore - continuavano a perdere i due terzi del loro numero totale.
Ma solo le particelle che hanno massa possono subire questa oscillazione, contraddicendo le idee precedenti che i neutrini erano privi di massa. Mentre gli scienziati non conoscono ancora le masse esatte di tutti e tre i neutrini, gli esperimenti hanno determinato che il più pesante di essi deve essere almeno 0,0000059 volte più piccolo della massa dell'elettrone.
Nuove regole per i neutrini?
Nel 2011, i ricercatori dell'esperimento Oscillation Project con Emulsion-tRacking Apparatus (OPERA) in Italia hanno fatto scalpore in tutto il mondo annunciando di aver rilevato neutrini che viaggiano più velocemente della velocità della luce - un'impresa apparentemente impossibile. Sebbene ampiamente riportato dai media, i risultati sono stati accolti con grande scetticismo dalla comunità scientifica. Meno di un anno dopo, i fisici hanno capito che un cablaggio difettoso aveva imitato una scoperta più veloce della luce e che i neutrini sono tornati al regno delle particelle cosmicamente rispettose della legge.
Ma gli scienziati hanno ancora molto da imparare sui neutrini. Recentemente, i ricercatori del Mini Booster Neutrino Experiment (MiniBooNE) del Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) vicino a Chicago hanno fornito prove convincenti di aver rilevato un nuovo tipo di neutrino, chiamato neutrino sterile. Tale constatazione conferma una precedente anomalia riscontrata presso il Liquid Scintillator Neutrino Detector (LSND), un esperimento presso il Los Alamos National Laboratory nel New Mexico. I neutrini sterili rovesciano tutta la fisica conosciuta perché non si adattano al cosiddetto Modello Standard, una struttura che spiega quasi tutte le particelle e le forze conosciute tranne la gravità.
Se i nuovi risultati di MiniBooNE reggessero: "Sarebbe enorme; questo va oltre il Modello Standard; ciò richiederebbe nuove particelle ... e una struttura analitica completamente nuova", ha detto a Live Science il fisico delle particelle Kate Scholberg della Duke University.
