Perché la massa del neutrino ha vinto il Nobel

SPECIALE OTTOBRE – Sono entrambi vincitori del premio Nobel per la fisica 2015 perché tutti e due indipendentemente hanno portato alla luce aspetti determinanti che hanno permesso di capire che anche il neutrino in realtà è una particella dotata di massa, al contrario di quanto è previsto dal Modello Standard della fisica delle particelle, secondo cui il neutrino avrebbe massa nulla. Si tratta di Takaaki Kajita e di Arthur McDonalds, due fra i principali studiosi a livello mondiale. Il primo, giapponese, ha lavorato all’esperimento denominato Super-Kamiokande, mentre il secondo, Arthur B. McDonald è direttore del Sudbury Neutrino Observatory.

Che cos’è un neutrino
Facciamo un passo indietro. L’idea del neutrino venne a Wolfgang Pauli nel 1930, mentre studiava i decadimenti radioattivi, in particolare il decadimento beta. Si tratta di una particella piccolissima e priva di carica elettrica. Interagisce debolmente con la materia, tanto che in realtà noi stessi, anche mentre leggiamo queste righe, non ce ne rendiamo conto ma siamo incessantemente attraversati da neutrini. Ciò implica che intercettare queste particelle è estremamente difficile, servono attrezzature molto sofisticate, come Super-Kamiokande o il Sudbury Neutrino Observatory, a cui lavorano i due neo vincitori del premio Nobel.

Perché il fatto che abbia massa fa notizia
Secondo il Modello Standard, che rappresenta oggi la “mappa” della fisica delle particelle che stiamo esplorando, il neutrino non dovrebbe essere dotato di massa. A livello sperimentale tuttavia, ben presto sono cominciati a emergere risultati che facevano sospettare che la massa del neutrino non fosse in realtà nulla, anche se è comunque molto molto piccola. Una serie di osservazioni rese possibili, come si sottolineva poc’anzi, proprio grazie ai grandi rivelatori di particelle di cui disponiamo oggi, e che non esistevano ai tempi di Pauli e di Fermi. Uno di questi rivelatori è appunto Super-Kamiokande, a cui lavora Takaaki Kajita.

Un passaggio importantissimo in questa direzione è stato comprendere il meccanismo alla base delle oscillazioni dei neutrini, il fatto cioè che cambiavano “identità”, cioè mutavano di caratteristiche, con il passare del tempo. L’aver osservato questo cambio di identità implica che la particella stessa deve possedere una massa, per quanto trascurabile.

Il problema dei neutrini solari
Negli anni Sessanta i fisici notarono che i neutrini che secondo le stime dovevano essere prodotti dalla fusione nucleare all’interno del Sole erano molti di più di quelli che raggiungevano la Terra. Per 40 anni il cosiddetto “problema dei neutrini solari” è stato una contraddizione insanabile, ma nel 2002, proprio la scoperta che i neutrini “oscillano” da un “sapore” all’altro, cioè che cambiano identità, ha permesso ai fisici di capire che in realtà il motivo per cui solo una parte dei neutrini prodotti dal Sole veniva registrata sulla Terra era che la rimanente parte si trasformava in un altro tipo di neutrino.

Due fra i principali esperimenti che hanno prodotto dati in merito al problema sono stati proprio il rivelatore Super-Kamiokande in Giappone, in particolare l’esperimento Kamiokande II, e il canadese SNO (Sudbury Neutrino Observatory), che giace a circa 2000 metri in una miniera nell’Ontario, dove lavora McDonalds.

Oltre il Modello Standard?
“Questa scoperta avviene in un campo di ricerca vivacissimo, che si avvantaggia di un fruttuoso legame tra investigazioni sperimentali e investigazioni teoriche, e che vede molti ricercatori italiani impegnati in prima linea” commenta a poche ore dalla notizia Francesco Vissani, ricercatore del Gran Sasso Science Institute e dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso. “Le sue ripercussioni sulle ricerche in corso in tutto il mondo, sia di fisica delle particelle che di astrofisica, sono profonde e di effetto duraturo. Infatti, l’esistenza delle oscillazioni di neutrino dimostra che il modello di riferimento delle particelle elementari, detto modello standard, e giustamente riconosciuto dai premi Nobel del 1979, 1984 1999, 2013, non descrive tutti i fatti noti.”

@CristinaDaRold

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