Il cerchio si stringe e la nuova vasta presa dati dell’esperimento Cuore ai Laboratori nazionali del Gran Sasso pone dei limiti ancora più serrati sulla possibilità che il neutrino sia una particella di Majorana, ovvero che sia contemporaneamente particella e antiparticella di se stessa
Siamo un passo più vicini al neutrino di Majorana, una particella straordinaria, dato che è anche contemporaneamente particella e antiparticella di se stessa. Teorizzato circa 80 anni fa da Ettore Majorana, questo neutrino, che per le sue proprietà coinciderebbe con la sua antiparticella, l’antineutrino, è cercato da tempo e non è ancora stato osservato. Ma oggi il cerchio si stringe, dato che i ricercatori dell’esperimento internazionale Cuore (Cryogenic Underground Observatory for Rare Events) condotto in nei Laboratori nazionali del Gran Sasso dell’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn), hanno raccolto la più vasta quantità di dati sui neutrini, cercando di capire se il neutrino è effettivamente una particella di Majorana. I risultati, in preprint su arXiv, sono in via di pubblicazione su Physical Review Letters. Ecco cosa vorrebbe dire e come sono stati ottenuti i dati.
Se neutrino e antineutrino coincidono
L’esperimento Cuore nasce proprio per andare sulle tracce dei neutrini e in particolare per studiare il rarissimo doppio decadimento beta senza emissione di queste particelle. Normalmente, nel doppio decadimento beta tradizionale, due neutroni si trasformano in due protoni emettendo due elettroni e due antineutrini. Nel processo studiato, quello senza emissione di neutrini, non vengono prodotti i due antineutrini e questo avviene perché uno degli antineutrini si è trasformato, nel nucleo, in un neutrino.
Provare, attraverso un esperimento complesso come Cuore, che questo decadimento esiste equivale a mostrare che il neutrino è anche antineutrino ed è l’antiparticella di se stessa, come aveva teorizzato Ettore Majorana nel 1937. Neutrino e antineutrino sarebbero di fatto la stessa particella, in questo caso materia e antimateria coinciderebbero. L’unica differenza sarebbe legata a una proprietà, l’elicità, che, se dovessimo fare un paragone con la realtà nota, è come dire che una persona può essere destra o mancina. E il neutrino di Majorana, che è anche antineutrino, è ambidestro.
L’esperimento Cuore
Il rivelatore Cuore è formato da 988 cristalli di un composto naturale altamente purificato, il biossido di tellurio. I cristalli sono posizionati in 19 strutture verticali di rame, chiamate torri. Si tratta del primo rivelatore a stato solido dalla massa molto alta, pari a una tonnellata, come spiegano gli scienziati, ed è molto sensibile al lieve segnale energetico previsto per il doppio decadimento beta senza neutrini. Qui, come appare l’esperimento.
I risultati di oggi
Oggi, alla potenza della sua struttura, si aggiunge quella di un complesso algoritmo, che amplifica il segnale proveniente dal rivelatore e toglie il rumore di fondo. Dopo i risultati del 2017, i ricercatori hanno svolto una presa dati per due anni, quadruplicando di fatto le informazioni a disposizione. “Questa ricerca trae beneficio da un aumento di dati pari a 4 volte, un abbassamento delle soglie dei trigger [come il rumore di fondo, ndr] e miglioramenti delle analisi relative ai nostri risultati precedenti”, scrivono gli autori nel paper. Per questo i risultati raggiunti forniscono un limite ancora più stringente per l’esistenza del processo che proverebbe che il neutrino è una particella di Majorana, spiegano gli autori. Che, in base all’analisi dei dati, ipotizzano quale potrebbe essere il limite superiore della massa del neutrino di Majorana, supponendo che esista. Per questo, come spiegano i ricercatori, i risultati raggiunti forniscono un limite ancora più stringente per l’esistenza del processo che proverebbe che il neutrino è una particella di Majorana.
Verso nuove frontiere della fisica
Ma non è tutto. Scoprire se esiste il neutrino di Majorana, infatti, aiuta a conoscere meglio il mondo delle particelle e può avere importanti ricadute anche per altre scoperte della fisica delle particelle, della fisica teorica e della cosmologia. “Il decadimento teorizzato nei cristalli di Cuore”, sottolinea Claudia Tomei, ricercatrice presso l’Infn di Roma e membro del Cuore Executive Board, “è un processo di creazione di materia che ha implicazioni anche sulla comprensione del Big bang, l’esplosione all’inizio del nostro universo, e potrebbe spiegare come la materia ha prevalso sull’antimateria nella sua evoluzione”. Inoltre, il nuovo algoritmo permetterà a Cuore di cercare ancora meglio particelle di materia oscura mai osservate finora, chiamate Wimp, ovvero Weakly Interacting Massive Particles (particelle massive che interagiscono debolmente), candidati anche per la Supersimmetria, una teoria introduce particelle non previste dal Modello Standard, il modello teorico che da circa 55 anni descrive tutte le particelle esistenti e dunque l’universo conosciuto.
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