Qualche giorno fa, è stato assegnato il premio nobler per la fisica 2015 ad uno scienziato canadese ed uno giapponese, per il loro studio sul cambiamento di identità dei neutrini. Ai più, la parola neutrini non vorrà dire molto, ma queste particelle sono estramemente importanti nella struttura del modello standard, cioè quel momdello che cerca di descrivere tutte le leggi della natura. Bisogna sapere che i neutrini sono state spesso definite particelle fantasma, poichè sono particelle elusive, cioè di difficilissima rilevazione,basti pensare che un neutrino sarebbe capace di attraversare una lastra di piombo del diamentro dell'intero sistema solare. A causa di ciò i laboratori e gli strumenti per poterli rilevare sono stati costruiti nelle viscere della Terra fino a centinaia di metri sotto i nostri piedi.
Cerchiamo di capire meglio quete particelle e come esse siano state portate all'atenzione degli scienziati.
nel tentativo di costruire una teoria degli elettroni nucleari e dell'emissione dei raggi beta si incontrano, come è noto, due difficoltà principali. La prima dipende dal fatto che i raggi beta primari vengono emessi dai nuclei con una distribuzione continua di velocità. Se non si vuole abbandonare il principio della conservazione dell'energia, è necessario ammettere che una frazione dell'energia che si libera nel processo di disintegrazione beta sfugga alle nostre attuali possibilità di osservazione. Secondo la proposta di Pauli è possibile, ad esempio, ammettere l'esistenza di una nuova particella, il così detto neutrino, avente carica elettrica nulla e massa dell'ordine di grandezza di quella dell'elettrone, o minore. Si ammette poi che in ogni processo beta vengano emessi simultaneamente un elettrone, che si osserva come raggio beta, e un neutrino, che sfugge all'osservazione portando seco una parte dell'energia. Nella presente teoria ci baseremo sopra l'ipotesi del neutrino. Una seconda difficoltà, per la teoria degli elettroni nucleari, deriva dal fatto che le attuali teorie relativistiche delle particelle leggere (elettroni o neutrini) non danno una soddisfacente spiegazione della possibilità che tali particelle vengano legate in orbite di dimensioni nucleari".
I neutrini, dopo i fotoni, sono le particelle più numerose dell'intero universo. Generano un mondo oscuro perché interagiscono quasi per nulla con la materia, sottoposti come sono solo alle due forze più deboli che ci siano: quella di gravità e la nucleare debole, responsabile del decadimento radioattivo delle particelle subatomiche. Per un neutrino la Terra non esiste. Ci passa attraverso come se non ci fosse. Migliaia di miliardi di neutrini passano attraverso i nostri corpi ogni secondo, senza alcuna interazione.
Molti neutrini vengono generati da reazioni fra i raggi cosmici e i gas dell'atmosfera terrestre. Altri sono prodotti nelle reazioni nucleari all'interno delle stelle, nostro Sole compreso. L'esperimentoSuper-Kamiokande, ha osservato come i neutrini atmosferici oscillano fra due "identità". Nello stesso tempo, il SNO, registrando il flusso dei neutrini solari, contando ogni loro singolo sapore, ha dimostrato che non svaniscono, ma cambiano. Di fatto hanno risolto un rompicapo che per decine di anni ha causato notevoli mal di testa ai fisici delle particelle. Dalle misure effettuate sulla Terra mancavano all'appello circa i due terzi dei neutrini previsti dalla teoria, secondo la quale i neutrini erano totalmente sprovvisti di massa. I dati sperimentali e l'evidenza del loro cambiare sapore hanno fatto ritrovare i due terzi di neutrini perduti e hanno dimostrato che per quanto piccola, posseggono una massa. Il che costituisce un'altra dimostrazione che il Modello standard della Fisica ha bisogno di una seria revisione o, se preferite, che non costituisce la teoria fondamentale e completa dei costituenti fondamentali dell'universo.
Per studiare questo elusivo viaggiatore dello spazio, ci si è dovuti chiudere in miniera per eliminare il più possibile il rumore di fondo. L'elemento centrale di entrambi gli esperimenti, l'elemento con cui interagiscono gli sfuggenti neutrini, è nel caso del super-K un serbatoio alto 41,4 metri del diametro di 39,3 contenente 50mila tonnellate di acqua purissima, situato nella miniera di zincoMozumi, a 1000 metri di profondità.
Takaaki Kajita e ad Arthur B. McDonald , Il primo, nato nel 1959, ha guidato il gruppo di ricerca Super-Kamiokande, nome completo Super-Kamioka Neutrino Detection Experiment, per gli amici super-K, in Giappone; il secondo, nato nel 1943, ha coordinato il Sudbury Neutrino Observatory, per gli amici SNO, in Canada e hanno, avvalendosi di due esperimenti simili però diversi, scoperto l'oscillazione del neutrino. hanno dimostrato che i neutrini cambiano d'identità", questa metamorfosi implica che i neutrini hanno massa.
All'inizio dell'articolo dicevamo che essendo i neutrini particelle elusive, quindi di difficile rilevazione, la strumentazione necassaria per poterli rilevare è stata posta a centinaia di metri sottoterra in maniera tale da poter ridurre il rumore di fondo.
L'elemento centrale di entrambi gli esperimenti, l'elemento con cui interagiscono gli sfuggenti neutrini, è nel caso del super-K un serbatoio alto 41,4 metri del diametro di 39,3 contenente 50mila tonnellate di acqua purissima, situato nella miniera di zincoMozumi, a 1000 metri di profondità.
Il serbatoio del Sudbury Neutrino Observatory è a 2100 metri sottoterra nella Vale Inco's Creighton Mine a Sudbury, Ontario, Canada ed è costituito da 1000 tonnellate di acqua pesante o ossido di deuterio, una particolare forma di acqua che contiene un'elevata percentuale di deuterio, isotopo dell'idrogeno conosciuto anche come idrogeno pesante, contenuta in un serbatoio di sei metri di diametro che galleggia all'interno di un secondo serbatoio riempito d'acqua "normale" per fornire ulteriore schermo alle particelle indesiderate.
Quando un neutrino interagisce con gli elettroni o con il nucleo dell'acqua, normale o pesante che sia, può produrre una particella carica che si muove ad una velocità maggiore di quella possibile per la luce nell'acqua. Questo crea un cono di luce conosciuta come radiazione di Cherenkov, un fenomeno analogo al boom sonico in aria. Perché ci sia una misura, occorre che la luce di Cherenkov sia rilevata e registrata da almeno uno dei 11.146 fotomoltiplicatori montati intono al rilevatore del super-K o da uno dei 9.600 del SNO.
Concludiamo l'articolo facendo i nostri migliori auguri ai due nuovi premi nobel per la fisica 2015.
Di: Ernesto Ammerata
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