Ogni singolo secondo di ogni singolo giorno, vieni bombardato da trilioni e trilioni di particelle subatomiche, inondando dalle profondità dello spazio. Ti attraversano con la forza di un uragano cosmico, esplodendo quasi alla velocità della luce. Vengono da tutto il cielo, in ogni momento del giorno e della notte. Penetrano nel campo magnetico terrestre e nella nostra atmosfera protettiva come tanto burro.
Eppure, i capelli sulla parte superiore della testa non sono nemmeno arruffati.
Cosa sta succedendo?
Poco neutrale
Questi piccoli proiettili sono chiamati neutrini, un termine coniato nel 1934 dal geniale fisico Enrico Fermi. La parola è vagamente italiana per "piccola neutralità" e la loro esistenza è stata ipotizzata per spiegare una reazione nucleare molto curiosa.
A volte gli elementi sembrano un po '... instabili. E se vengono lasciati soli per troppo tempo, si sfaldano e si trasformano in qualcos'altro, qualcosa di un po 'più leggero sulla tavola periodica. Inoltre, fuoriuscirebbe un piccolo elettrone. Ma negli anni 1920, osservazioni attente e dettagliate di quei decadimenti trovarono minuscole discrepanze. L'energia totale all'inizio del processo era un po 'più grande dell'energia che esce. La matematica non si è sommata. Dispari.
Quindi, alcuni fisici hanno inventato una particella nuova di zecca da tutto il tessuto. Qualcosa per portare via l'energia mancante. Qualcosa di piccolo, qualcosa di leggero, qualcosa di gratuito. Qualcosa che potrebbe passare inosservato ai loro rilevatori.
Un po 'neutrale. Un neutrino.
Ci sono voluti un altro paio di decenni per confermare la loro esistenza: è così scivoloso, scaltro e subdolo. Ma nel 1956, i neutrini si unirono alla crescente famiglia di particelle conosciute, misurate e confermate.
E poi le cose sono diventate strane.
Sapore preferito
Il problema iniziò a sorgere con la scoperta del muone, che per coincidenza si verificò nello stesso momento in cui l'idea del neutrino stava iniziando a guadagnare terreno: gli anni '30. Il muone è quasi esattamente come un elettrone. Stessa carica. Stessa rotazione. Ma è diverso in un modo cruciale: è più pesante, oltre 200 volte più massiccio del suo fratello, l'elettrone.
I muoni partecipano ai loro particolari tipi di reazioni, ma non tendono a durare a lungo. A causa della loro mole impressionante, sono molto instabili e rapidamente decadono in docce di bit più piccoli ("rapidamente" qui significa entro un microsecondo o due).
Va tutto bene, quindi perché i muoni figurano nella storia dei neutrini?
I fisici hanno notato che le reazioni di decadimento che hanno suggerito l'esistenza del neutrino hanno sempre fatto esplodere un elettrone e mai un muone. In altre reazioni, i muoni sarebbero saltati fuori e non gli elettroni. Per spiegare questi risultati, hanno ragionato che i neutrini si sono sempre abbinati agli elettroni in queste reazioni di decadimento (e non a qualsiasi altro tipo di neutrino), mentre l'elettrone, il muone deve accoppiarsi con un tipo di neutrino ancora sconosciuto ... Dopo tutto, l'elettrone neutrino amichevole non sarebbe in grado di spiegare le osservazioni dagli eventi muoni.
E così la caccia continuò. E via. E via. Fu solo nel 1962 che i fisici finalmente riuscirono a bloccare il secondo tipo di neutrino. Originariamente era soprannominato il "neutretto", ma prevalevano le teste più razionali con lo schema di chiamarlo muone-neutrino, poiché si accoppiava sempre nelle reazioni con il muone.
La via del Tao
Ok, quindi due neutrini confermati. La natura aveva più in serbo per noi? Nel 1975, i ricercatori dello Stanford Linear Accelerator Center vagliarono coraggiosamente montagne di dati monotoni per rivelare l'esistenza di un fratello ancora più pesante per l'elettrone agile e il muone pesante: l'enorme tau, che attacca un enorme 3.500 volte la massa dell'elettrone . Questa è una grande particella!
Quindi immediatamente la domanda divenne: se c'è una famiglia di tre particelle, l'elettrone, il muone e il tau ... potrebbe esserci un terzo neutrino, da abbinare a questa nuova creatura?
Forse sì forse no. Forse ci sono solo i due neutrini. Forse ce ne sono quattro. Forse 17. La natura non ha esattamente soddisfatto le nostre aspettative prima, quindi nessun motivo per iniziare ora.
Saltando un sacco di dettagli raccapriccianti, nel corso dei decenni i fisici si sono convinti a utilizzare una varietà di esperimenti e osservazioni secondo cui un terzo neutrino dovrebbe esistere. Ma non è stato fino al limite del millennio, nel 2000, che un esperimento appositamente progettato al Fermilab (chiamato umilmente l'esperimento DONUT, per l'osservazione diretta del NU Tau, e no, non lo sto inventando) finalmente è arrivato abbastanza avvistamenti confermati per rivendicare giustamente un rilevamento.
Inseguendo i fantasmi
Quindi, perché ci preoccupiamo così tanto dei neutrini? Perché li stiamo inseguendo da oltre 70 anni, dalla prima guerra mondiale all'era moderna? Perché generazioni di scienziati sono stati così affascinati da questi piccoli, neutrali?
Il motivo è che i neutrini continuano a vivere al di fuori delle nostre aspettative. Per molto tempo, non eravamo nemmeno sicuri che esistessero. Per molto tempo, siamo stati convinti che fossero completamente privi di massa, fino a quando gli esperimenti hanno scoperto fastidiosamente che dovevano avere massa. Esattamente "quanto" rimane un problema moderno. E i neutrini hanno questa fastidiosa abitudine di cambiare carattere mentre viaggiano. Esatto, mentre un neutrino viaggia in volo, può cambiare maschera tra i tre gusti.
Potrebbe anche esserci ancora un neutrino aggiuntivo là fuori che non prende parte ad alcuna interazione abituale - qualcosa noto come neutrino sterile, per il quale i fisici cercano avidamente.
In altre parole, i neutrini sfidano continuamente tutto ciò che sappiamo della fisica. E se c'è una cosa di cui abbiamo bisogno, sia in passato che in futuro, è una bella sfida.
Paul M. Sutter è un astrofisico a La Ohio State University, ospite di Chiedi a un astronauta e Space Radioe autore di Il tuo posto nell'universo.
