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Osservata per la prima volta l’interazione tra un neutrino e un nucleo atomico

Credit: Oak Ridge National Laboratory, U.S. Dept. of Energy; photographer Genevieve Martin

Scoperta al vicolo del neutrino: potrebbe essere il titolo di un nuovo telefilm, ma invece è realtà. Un gruppo internazionale di scienziati, infatti, è riuscito, oggi per la prima volta, a vedere una particolare interazione, rarissima, quella fra un neutrino e un nucleo – cioè il cuore – di un atomo. Il tutto tramite un grande acceleratore provvisto di un lungo corridoio, una sorta di vicolo appunto, per selezionare i neutrini. I risultati dello studio sono stati pubblicati [1] su Science.

Il neutrino è una particella piccolissima, dalla massa molto molto inferiore a quella dell’elettrone, ed elettricamente neutra. Per la sua natura sfuggente, questa particella è in grado di attraversare indisturbata spessori di materia estremamente profondi e “comunica” molto poco con la materia. La possibilità che un neutrino interagisca con il nucleo di un atomo, infatti, è molto ridotta ed è stata descritta a livello teorico più di 40 anni fa, nel 1974. Ma solo oggi, dopo quattro decenni, un gruppo di scienziati guidati dal fisico russo Dmitri Akimov è stato in grado di vedere questo fenomeno, dandone una prova sperimentale. L’interazione in questione si chiama coherent elastic neutrino-nucleus scattering e consiste nella collisione e nell’interazione fra un neutrino e un nucleo atomico.

Ma come mai finora non era stato possibile osservare questa importante interazione? Principalmente a causa di ostacoli tecnologici, ovvero difficoltà pratiche nel riuscire ad osservare in laboratorio un fenomeno molto raro. Ad esempio, quando il neutrino si scontra con il nucleo di un atomo, molto più grande di questa particella elementare, nello scontro il nucleo rimbalza con un’energia molto bassa: tale energia – e dunque questo fenomeno – è difficile da rilevare, considerando la compresenza di tante altre particelle che possono “confondere le acque”.

E allora come hanno fatto i ricercatori? Il gruppo si è appoggiato alla Spallation Neutron Source (SNS), una grandissima sorgente con un acceleratore di neutroni che si trova presso i laboratori Usa Oak Ridge National Laboratory: questo esperimento produce il fascio pulsato di neutroni più potente del mondo. E contemporaneamente, genera anche un’ampia quantità di neutrini, i “parenti magri” dei neutroni. L’esperimento è stato inoltre provvisto di un lungo corridoio, soprannominato neutrino alley – letteralmente il vicolo del neutrino – composto da 12 metri di materiale aggiuntivo duro, come cemento e ghiaia, che serve a bloccare l’interferenza con altre particelle, filtrando i neutrini. In seguito, i neutrini così selezionati sono stati messi in contatto con un campione di materia contenente nuclei di atomi della dimensione ideale per poter rilevare il loro rimbalzo in seguito all’impatto col “soffice” neutrino. E questo ha permesso di osservare per la prima volta l’interazione tra neutrino e nucleo atomico.

I ricercatori sono arrivati a questo risultato dopo 15 mesi di indagini, dopo aver svolto precisissime elaborazioni a partire dai dati raccolti. In base alle loro osservazioni, l’interazione si si è comportata come sospettato per tutti questi anni, hanno spiegato i ricercatori, ovvero secondo le previsioni della teoria formulata 40 anni fa.  Il risultato di questo esperimento permette non solo di approfondire le proprietà dei neutrini, ma potrebbe avere applicazioni, proseguono gli esperti, in ambito tecnologico, ad esempio per la miniaturizzazione della dimensione dei detector, i rivelatori di particelle.

Riferimento: Science [1]