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1 giugno 2010

La particella camaleonte

Mi permetto di riportare su questo blog, una traduzione più o meno letterale del comunicato stampa rilasciato ieri dal CERN a seguito della prima rivelazione diretta dell'oscillazione del neutrino.

Oggi (31 Maggio 2010) i ricercatori dell'esperimento OPERA presso i Laboratori INFN del Gran Sasso (Italia) hanno annunciato la prima osservazione diretta di una particella tau in un fascio di neutrini muonici inviati attraverso la crosta terrestre dal CERN a 730 km di distanza. Questo è un risultato importante e fornisce il pezzo mancante di un puzzle che ha intrigato la ricerca scientifica dal 1960 e che apre spiragli interessanti di nuova fisica.

Il mistero dei neutrini è iniziato con la scoperta pionieristica e che è valsa il Premio Nobel allo scienziato americano Ray Davies agli inizi degli anni 60. Davies osservò che rispetto a quanto predetto dal modello solare, i neutrini che raggiungono la terra provenienti dalla nostra stella erano decisamente troppo pochi. Delle due l'una: o il modello solare è palesemente sbagliato, oppure c'è qualcosa che succede ai neutrini durante il loro viaggio verso la terra. Una possibile soluzione al puzzle fu ipotizzata nel '69 dai fisici teorici Bruno Pontecorvo e Vladimir Gribov, che per primi suggerirono che l'apparente deficit di neutrini potesse essere spiegato con mutazioni camaleontiche (oscillazioni) tra differenti tipi di neutrini.

Parecchi esperimenti hanno osservato la sparizione di neutrini muonici, confermando di fatto l'ipotesi di oscillazioni, ma fino ad oggi non era mai stata osservata la comparsa di un neutrino di tipo tau in un fascio di puri neutrini muonici: per la prima volta il neutrino camaleonte è stato catturato proprio nell'atto di mutazione da tipo muonico a tipo tauonico.

Antonio Ereditato, il portavoce della collaborazione Opera descrive l'evento come: "un risultato importante che premia l'intera collaborazione per i suoi anni di impegno e che conferma che furono prese decisioni sperimentali azzeccate. Siamo confidenti che questo primo evento sarà seguito da altri che dimostreranno senza ombra di dubbio l'oscillazione del neutrino".

"L'esperimento OPERA ha raggiunto il suo primo obiettivo: la rivelazione di un neutrino tau ottenuto dalla trasformazione di uno di tipo muonico durante il viaggio da Ginevra ai Laboratori del Gran Sasso" ha aggiunto Lucia Votano, direttrice dei Laboratori del Gran Sasso. "Questo è un importante risultato che giunge dopo un decennio di intenso lavoro svolto dalla collaborazione con il supporto del laboratorio e che riconferma LNGS (Laboratori Nazionali del Gran Sasso) tra i più importanti laboratori nella fisica delle astroparticelle".

Il risultato di OPERA arriva dopo sette anni di preparazione e oltre tre anni di fascio inviato dal CERN. Durante questo periodo, miliardi di miliardi di neutrini muonici sono stati inviati dal CERN al Gran Sasso impiegando soltanto 2.4 millesimi di secondo. L'eccezionale rarità delle oscillazioni dei neutrini, aggiunta al fatto che questi interagiscono molto debolmente con la materia, rende questa tipologia di esperimenti molto delicata. Il fascio di neutrini del CERN è stato inviato per la prima volta nel 2006 e da allora i ricercatori dell'esperimento OPERA hanno attentamente studiato i loro dati alla ricerca della presenza di una particella tau, segno indiscutibile che un neutrino muonico fosse mutato in uno tauonico. Una pazienza simile è una virtù nella fisica delle particelle, come ha spiegato dal presidente dell'INFN Roberto Petronzio:

"Questo successo è dovuto alla tenacia e all'inventiva dei fisici della comunità internazionale, che hanno progettato un fascio speciale per questo esperimento," ha detto Petronzio, "In questo senso, il progetto originale dei laboratori sotterranei del Gran Sasso è stato coronato con successo. In effetti, in fase di costruzione, i laboratori furono orientati in modo da poter ricevere un fascio di particelle dal CERN".

Al CERN, i neutrini sono generati dalle collisioni di un fascio di protoni accelerati contro un bersaglio. Quando i protoni colpiscono il bersaglio, altre particelle chiamate pioni e caoni sono prodotte in grande quantità. Queste decadono molto rapidamente dando vita a neutrini, i quali non avendo carica elettrica non sono sensibili ai campi elettromagnetici e quindi non è possibile per i fisici controllarne la traiettoria. I neutrini possono attraversare la materia senza interagire con essa e quindi mantengono esattamente la medesima direzione di moto di quando furono prodotto viaggiando perfettamente in linea retta attraverso la crosta terrestre. Per questo motivo, è di estrema importanza che sin dal principio il fascio sia perfettamente allineato con l'esperimento al Gran Sasso.

"Questo è un importante passo in avanti per la fisica del neutrino", ha detto il direttore Generale del CERN Rolf Heuer. "I miei complimenti vanno all'esperimento opera e ai laboratori del Gran Sasso, oltre, ovviamente, alla dipartimento acceleratori del CERN. Restiamo in attesa di svelare la nuova fisica che questo risultato lascia presagire".

Mentre si chiude il capitolo della comprensione della natura dei neutrini, l'osservazione delle oscillazioni è un segnale forte di nuova fisica. Nella teoria che i fisici usano per spiegare il comportamento delle particelle fondamentali, nota con il nome di Modello Standard, i neutrini non hanno massa. Ma perché un neutrino possa oscillare deve avere massa, rendendo di fatto il Modello Standard incompleto. Nonostante il suo successo nel descrivere le particelle che compongono l'Universo visibile e le loro interazioni, i fisici sono da molto tempo consapevoli che tante cose non sono comprese nel Modello Standard. Una possibilità è l'esistenza di altri tipi di neutrini, mai osservati precedentemente, che possa spiegare l'origine della Materia Oscura che compone almeno un quarto della massa del nostro Universo.

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