Abbiamo scoperto una nuova particella, ma non dovrebbe esistere

Al Fermilab di Chicago appare una nuova particella che non sarebbe dovuta esistere: l’esperimento MiniBooNe ha individuato una prova di un nuovo neutrino, definito sterile, dato che non interagisce per niente con la materia, a differenza dei suoi cugini. I risultati sono descritti in preprint su ArXiv. Ecco cos’è e perché secondo alcuni scienziati non era prevista.

I neutrini attualmente noti e osservati negli esperimenti sono detti attivi e possono essere di tre tipi (in fisica chiamati sapori, ciascuno definito da una particolare simmetria della particella): il neutrino elettronico, muonico e tauonico. Nel tempo, un neutrino può passare da un tipo ad un altro e queste oscillazioni sono importanti per capire come funziona la materia nella sua composizione infinitesima, a livello delle particelle. L’esperimento MiniBooNE è nato proprio per studiare le oscillazioni dei neutrini, ovvero i loro cambiamenti nel tempo da un tipo ad un altro (in fisica  da un sapore ad un altro).

Tuttavia, è stata ipotizzata l’esistenza anche di un altro genere di neutrino che, a differenza degli altri tre, passerebbe indisturbato attraverso la materia senza interagire neanche debolmente con quest’ultima. Il nuovo esemplare è così stato chiamato sterile, dato che non presenta nessuna delle quattro interazioni fondamentali con la materia (che sono quella forte, quella debole e quella elettromagnetica) ad eccezione di quella gravitazionale. L’aggettivo sterile serve così a distinguerlo dagli altri neutrini e a ricordare che la sua “comunicazione” col resto del mondo è pressoché nulla.

I ricercatori, inoltre, non sanno se e quanti tipi (sapori) esistono di questo neutrino.

Ma allora a che serve? Tale particella potrebbe spiegare anomalie nel comportamento dei neutrini (nelle loro oscillazioni) e, su scala più ampia, dare conto di numerosi fenomeni fisici, fra cui la materia oscura, la bariogenesi (un fenomeno che ha dato vita ad alcuni tipi di particelle (i barioni) nei primi istanti del Big Bang), e la dark radiation, una radiazione ipotetica che medierebbe le interazioni della materia oscura.

Una prima evidenza del neutrino sterile era stata rintracciata negli anni ’90 dall’esperimento Liquid Scintillator Neutrino Detector (Lsnd) a Los Alamos National Laboratory in Messico. Tuttavia questo risultato non era più stato replicato e l’esistenza del neutrino sterile era stata messa in dubbio da altre ricerche. Ma oggi l’esperimento MiniBooNe ha individuato un’anomalia che somiglia a quella trovata dall’Lsnd e che potrebbe fornirebbe una nuova prova del neutrino sterile. In particolare, combinando i dati emersi da una particolare oscillazione fra queste particelle (dal neutrino muonico a quello elettronico), i ricercatori hanno osservato un eccesso sia di neutrini che di antineutrini (2.437 eventi, con 460 eventi in più rispetto a quanto previsto). Una possibile prova indiretta dell’esistenza dei neutrini sterili. E la presenza di neutrini sterili potrebbe spiegare l’eccesso di oscillazioni da un tipo all’altro.

Se questo risultato fosse confermato, spiegano gli autori su alcune testate Usa, bisognerebbe ripensare anche alcune parti del Modello Standard, la teoria fisica che descrive tutte le particelle elementari e tre delle quattro interazioni fondamentali (debole, forte e elettromagnetica, ad esclusione proprio di quella gravitazionale). Questo modello, alla base delle leggi dell’intero universo, non include il neutrino sterile.

Alcuni dubbi rimangono: altri importanti esperimenti che studiano i neutrini, quali i noti Opera e IceCube Neutrino Observatory in Antartide, in misurazioni recenti non hanno rilevato alcuna traccia dei neutrini sterili. Ma la loro esistenza non è stata rifiutata dalla comunità scientifica – prova ne è che questa particella viene attivamente ricercata dai principali laboratori dedicati ai neutrini in tutto il mondo – e resta una possibilità misteriosa e intrigante da approfondire, che potrebbe rivoluzionare il mondo delle particelle.

Via: Wired.it

Immagine di copertina: credit: Fred Ullrich via Wikipedia