Rilevati neutrini sterili: il modello standard è in pericolo?

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La notizia che un esperimento effettuato al Fermilab utilizzando il rilevatore di neutrini conosciuto come MiniBooNE indicherebbe l’esistenza dei fantomatici neutrini sterili ha destato un tale scalpore nel mondo della fisica che, anche se la ricerca non è ancora stata pubblicata su una rivista scientifica ed è accessibile solo sugli archivi online che ospitano le ricerche in attesa di pubblicazione, si è scatenata una vera tempesta di tweet da fisici di tutto il mondo.
Ma cosa sono (o sarebbero) i neutrini sterili? e perché destano tanto scalpore?





Andiamo per ordine e cominciamo dall’inizio di questa storia, una ventina di anni fa ai laboratori di Los Alamos un esperimento effettuato col Liquid Scintillator Neutrino Detector diede risultati identici all’esperimento odierno che però non furono confermati da altri esperimenti. Un eccesso di neutrini rilevati fece supporre la presenza di un tipo di neutrino ancora più sfuggente di quello classico. Il neutrino è già di per se una particella poco reattiva, ha una massa piccolissima ed essendo neutro non è soggetto all’interazione elettro-magnetica ma è soggetto all’interazione nucleare debole (la terza delle quattro interazioni fondamentali), questi neutrini sterili invece sarebbero soggetti solo alla gravità.
Ma cosa è successo nell’esperimento di Los Alamos negli anni 90 e di nuovo in quello odierno? (in realtà sono diversi anni che il MiniBooNE registra questi eccessi di neutrini, ma in questo ultimo esperimento i dati sono così imponenti che la discrepanza rispetto ai risultati attesi non si può ignorare).
Semplificando al massimo, esistono tre tipi di neutrini classici: neutrino elettronico, neutrino muonico e neutrino tau (il muone e il tau sono delle particelle che sono un po’ i cugini “cicciotti” dell’elettrone), la cosa bizzarra è che i neutrini possono trasformarsi e cambiare tipo, per esempio un neutrino muonico può trasformarsi in un neutrino elettronico. I ricercatori hanno sparato nel MiniBooNE neutrini muonici e antineutrini e poi hanno cercato i lampi che indicassero l’interazione tra neutrini elettronici e antineutrini, ne hanno osservate 2.437 circa 460 più di quanto si aspettavano. La presenza di neutrini sterili potrebbe spiegare la trasformazione di un maggior numero di neutrini muonici in neutrini elettronici.
Tutto risolto? Mica tanto! Esistono altri esperimenti, ad esempio un esperimento  in un reattore nucleare che mostrava  una mancanza di neutrini  aveva fatto ipotizzare la presenza di neutrini sterili ma in questo caso recentemente (2017) si è concluso che si trattava di un errore, altri esperimenti avrebbero dovuto mostrare una mancanza di neutrini ma non l’hanno fatto.




Però quest’ultimo esperimento ha dati davvero solidi che pare non possano essere frutto di un errore … e allora? Che ce ne facciamo di esperimenti che danno risultati contrastanti sull’esistenza di questi fantomatici neutrini sterili? Kate Scholberg, un fisico della Duke University, ipotizza, manco a dirlo, che forse le cose sono un po’ più complicate, forse esiste più di un tipo di neutrino sterile. Una cosa è certa, aggiunge la stessa ricercatrice, i fisici ora avranno tanto su cui sbattere la testa, perché se è vero che potrebbe ancora risultare che i risultati di Los Alamos e del Fermilab siano il frutto di una qualche interazione delle particelle con gli strumenti che non capiamo (e quindi sarebbero frutto del sistema di indagine) è anche vero che ci sono sempre più probabilità che i neutroni sterili esistano e gli scienziati non potranno semplicemente aggiungere un membro allo “zoo delle particelle” dovranno spiegare come mai in molti esperimenti non vengono rilevati e nel farlo rimetteranno in discussione tutta la comprensione del modello standard (il modello teorico consolidato da mezzo secolo che riunisce tre delle quattro forze fondamentali, rimanendo esclusa solo la gravità, e tutte le particelle subatomiche).

Roberto Todini

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