I neutrini sono fantomatiche particelle previste dal modello standard in tre tipi diversi: elettrone, muone e tau. Secondo questa teoria, che spiega le interazioni fra particelle subnucleari, i neutrini non possono scambiarsi tra di loro, non possono cioè trasformarsi in un tipo diverso. Ma la realtà il più delle volte è diversa dalla teoria. E numerosi esperimenti hanno dimostrato negli ultimi anni che la natura dei neutrini è più complessa di quanto ipotizzato. Per fare il punto della situazione sulle conoscenze che dal 1930, anno in cui Wolfgang Pauli ipotizzò l’esistenza del neutrino, a oggi si sono accumulate su queste particelle scienziati e ricercatori di mezzo mondo si sono dati appuntamento il 7 marzo scorso a Roma all’Accademia dei Lincei. Dove è stato Giorgio Salvini, ex presidente della stessa istituzione, a ripercorrere sommariamente le prime fondamentali tappe della ricerca sui neutrini che portarono gli scienziati alla convinzione, prima, che questa particella dovesse avere una massa diversa da zero e poi, in virtù di questa proprietà, che il neutrino “oscillasse”, cioè si trasformasse in un altro tipo di neutrino. Ma che cosa vuol dire che i neutrini oscillano? “Si può fare una similitudine con le onde elettromagnetiche nel campo ottico”, spiega Gianpaolo Bellini, professore di Fisica all’Università di Milano e responsabile di Borexino, uno degli esperimenti di punta sulla natura dei neutrini finanziati dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. “Sappiamo che il verde non è un colore primario, ma è dato dalla somma della radiazione gialla e da quella blu. Nella nostra similitudine il giallo e il blu rappresentano i veri stati fisici degli oggetti osservati (autostati), il verde quanto noi osserviamo (osservabile). Se io vario, in un fascio di onde elettromagnetiche, la quantità di radiazione gialla e blu osserverò un verde pisello, se aumento il giallo e un verde marcio se aumento il blu”. Nel caso dei neutrini, il neutrino-elettrone, -mu, -tau, sono gli osservabili. Ma il vero stato fisico è costituito da tre neutrini (chiamiamoli uno, due, tre) i quali hanno massa diversa. Combinazioni diverse (per esempio del neutrino uno e due) producono diverse composizioni del fascio in neutrini-elettrone e neutrini-mu.Proprio le oscillazioni di queste particelle sono al centro dell’esperimento coordinato da Arthur B. McDonald, direttore del Sudbury Neutrinos Observatory (Sno). Si tratta di un rilevatore di particelle costruito in Canada nei pressi di Sudbury a più di duemila metri di profondità dove i neutrini vengono intrappolati e studiati. “Abbiamo lavorato nella parte alta dello spettro di energia del flusso dei neutrini solari e sperimentalmente abbiamo misurato due tipi di reazioni: una sensibile solo ai neutrini-elettrone, l’altra a tutti i tipi di neutrini”, spiega McDonald. “Nella reazione dedicata a tutti i tipi di neutrini, la quantità di particelle osservate è esattamente il triplo dell’altra. Questa è la prima dimostrazione diretta del fenomeno dell’oscillazione, cioè del fatto che un neutrino può transire da un tipo all’altro; la transizione avviene dal momento in cui i neutrini-elettrone vengono prodotti dal Sole, al momento in cui essi raggiungono la Terra”. E le oscillazioni osservate prevedono che almeno uno dei tre tipi di neutrino abbia una massa. “La scoperta che il neutrino ha massa diversa da zero, porterà certamente una rivoluzione nella fisica delle particelle elementari e renderà necessaria una riconfigurazione del modello standard che, invece, prevede che il neutrino abbia massa pari a zero”, spiega ancora il fisico. Se è certo quindi che i neutrini abbiamo massa diversa da zero, resta ancora da stabilire quale sia questo valore. “I recenti risultati sulle oscillazioni dei neutrini solari e atmosferici hanno mostrato che la differenza di massa tra i due neutrini è diversa da zero”, spiega Ettore Fiorini, del dipartimento di fisica dell’Università Milano-Bicocca e responsabile degli esperimenti Mibeta e Cuoricino. “Questo ha aumentato l’interesse per ricerche orientate a misurare direttamente la massa del neutrino”. L’Infn ne finanzia attualmente due. Il primo è Mibeta che consiste nella misura diretta della massa dell’antineutrino elettronico nel decadimento beta del 187Re con l’emissione di un elettrone e di un antineutrino elettronico: “un’esperienza che ha già mostrato come la massa del neutrino non può, comunque, superare un limite pari a un trentamillesimo della massa della particella più leggera conosciuta, quella dell’elettrone”, spiega ancora Fiorini. La seconda ricerca, Cuoricino, costituisce un primo passo verso la costruzione, da parte di un’ampia collaborazione europea-americana, dell’esperimento Cuore (Cryogenic Underground for Rare Events). Ambedue gli esperimenti hanno come scopo principale la ricerca sul decadimento beta doppio senza neutrini del 130Te, un processo rarissimo la cui esistenza è prevista, come le oscillazioni del neutrino, dalle teorie di unificazione delle forze elettromagnetiche, deboli e forti. L’esistenza di questo decadimento implicherebbe che la massa del neutrino elettronico è diversa da zero con una sensibilità analoga a quella delle oscillazioni, ma in modo diretto.
