I misteri dei neutrini

Una delle particelle più misteriose della Fisica contemporanea è il neutrino. A suo tempo abbiamo spiegato come esso fu introdotto da Wolfgang Pauli (1900-1958) nel 1931 per spiegare la mancata conservazione dell'energia e dello spin nel decadimento beta; Edoardo Amaldi (1908-1989) lo battezzò scherzosamente così in contrapposizione con il neutrone, dotato a differenza di esso di una grande massa, ma solo nel 1956 Clyde Cowan (1919-1974) e Frederick Reines (1918-1998) riuscirono a rivelarlo sperimentalmente. dimostrarono che Ben presto divenne chiaro che esistono tipologie diverse di neutrini: quello scoperto da Cowan e Reines nel 1952 era il neutrino elettronico, indicato con νe, ma esistono anche un neutrino muonico, indicato con il simbolo νμ e scoperto nel 1962 da Leon Max Lederman (1922-), Melvin Schwartz (1932-2006) e Jack Steinberger (1921-); e un neutrino tauonico, indicato con ντ ed osservato al Fermilab solo nel luglio 2000.

Copertina di "Le Scienze" del dicembre 2017, numero dedicato ai neutrini

Copertina di "Le Scienze" del dicembre 2017, numero dedicato ai neutrini

I neutrini appartengono alla famiglia dei leptoni; interagiscono solo con la forza nucleare debole e la forza gravitazionale, ma non risentono né dell'interazione nucleare forte né dell'elettromagnetismo; sono privi di carica elettrica e a lungo si è creduto che fossero anche privi di massa, anche se oggi i Fisici sono più inclini a ritenere che possiedano una massa piccolissima. I neutrini sono ovunque: ogni secondo, migliaia di miliardi di loro attraversano i nostri corpi, ma interagiscono così raramente con la materia che potrebbero attraversare un'ipotetica lastra di piombo spessa un anno luce senza subire alcuna interazione! È per questo motivo che è difficilissimo osservarli: per dare la caccia ai neutrini sono stati costruiti rivelatori di enormi dimensioni, come il SuperKamiokande (in giapponese スーパーカミオカンデ) realizzato nel 1983 nella miniera nipponica di Kamioka, a 915 m di profondità per non risentire del "rumore" costituito dai raggi cosmici. Questo rivelatore è riempito con quasi 50 milioni di litri di acqua ultrapura ed è costituito da 11.000 tubi fotomoltiplicatori: pensato per rivelare il decadimento del protone (mai osservato), si rivelò eccellente per osservare proprio i neutrini. Un altro grande rivelatore di neutrini è il cosiddetto IceCube, allestito da 38 istituzioni in dieci paesi; è srato completato il 18 dicembre 2010 presso il Polo Sud ad una profondità compresa tra 1,45 km e 2,45 km. Lo strato di ghiaccio in cui e inglobato è pari ad un chilometro cubo; il raro evento di collisione tra un neutrino ed un atomo che compone il ghiaccio antartico produce altre particelle osservate direttamente dai rivelatori dell'IceCube.

Proprio attraverso osservatori come il SuperKamiokande si scoprì una curiosa proprietà dei neutrini; una proprietà così curiosa che per spiegarvela partirò dal franchise di "Star Trek", e in particolare dalla serie "Star Trek - Deep Space Nine", andata in onda dal 1993 al 1999. Nell'undicesimo episodio della seconda stagione di questo telefilm intitolata "Questione di fortuna" (in originale "Rivals"), andata in onda per la prima volta il 2 gennaio 1994, il protagonista è Martus Mazur, interpretato dall'attore Chris Sarandon, un truffatore Elauriano (specie aliena molto longeva e famosa per la pazienza con cui ascolta la gente) il quale viene in possesso di una macchina che altera le leggi del calcolo della probabilità. Egli riesce a convincere una bella vedova a finanziarlo e apre un casinò sulla base spaziale; naturalmente usa l'invenzione per aumentare il suo guadagno truccando le macchine per il gioco d'azzardo. A un certo punto però l'imbroglio viene scoperto perché Dax, l'ufficiale scientifico della base, osserva che i neutrini nello spazio circostante Deep Space Nine hanno tutti spin sinistrorso, mentre in condizioni normali dovrebbero risultare per il 50 % con spin destrorso e per il 50 % con spin sinistrorso. Da ciò comprende che qualcosa non va: Dax e Benjamin Sisko, il Comandante della Base, scoprono che la fonte dell'anomalia sta proprio nelle macchine per il gioco d'azzardo di Martus, e le distruggono. L'idea alla base della puntata sembra ottima; purtroppo, però, fra tutti i fenomeni che gli autori di Star Trek potevano scegliere per scoprire la disonestà di Martus, sono incappati proprio nell'unico sbagliato. Per quanto ne sappiamo, infatti, i neutrini hanno solo spin sinistrorso! Essi sono le uniche particelle note in natura che a quanto pare possono esistere in un solo stato di spin. Se l'analisi di Dax avesse rilevato solo neutrini sinistrorsi, la scienziata Trill avrebbe avuto ogni ragione di credere che tutto andava proprio come doveva andare. Come ha scritto Lawrence Krauss, autore del saggio "La Fisica di Star Trek", « ciò che rende questo esempio così affascinante ai miei occhi è proprio ciò che rende così interessante la fisica di Star Trek: a volte la verità è più strana dell'immaginazione ».

Martus e la sua macchina tarocca-probabilità

Martus e la sua macchina tarocca-probabilità

Dopo decenni di osservazioni, inoltre, si comprese che i neutrini potevano provenire, oltre che dai reattori nucleari e dall'atmosfera terrestre, anche dal Sole e da stelle esplose in Supernova, tant'è vero che oggi si parla di una nuova disciplina, l'astrofisica neutrinica. Ed essa ha oggi una fondamentale importanza nello studio dell'universo che ci circonda. L'analisi dei neutrini prodotti nell'atmosfera a causa dell'interazione dei gas presenti con i raggi cosmici ci può fornire indicazioni sullo spettro di questi ultimi. Poiché i neutrini sono generati nelle reazioni di fusione che avvengono nel nucleo del Sole al ritmo di 1038 particelle al secondo, possono fornirci informazioni dirette sul funzionamento della nostra stella, dal momento che non interagiscono con la materia. La loro produzione da parte di corpi celesti come i nuclei galattici attivi, i buchi neri o le supernovae consente inoltre di osservare sperimentalmente neutrini altamente energetici (dell'ordine del TeV), non ottenibili al momento in nessun acceleratore terrestre. Infine, proprio attraverso osservatori come il SuperKamiokande si scoprì una nuova, inaspettata proprietà di queste particelle. Infatti i rivelatori di neutrini dimostrarono che dal Sole arriva solo un terzo dei neutrini che erano attesi sulla base dei processi di fusione nucleare che alimentano le stelle. Come spiegare questa discrepanza?

I più pensarono ad un'incompletezza dell'astrofisica e dei modelli stellari comunemente accettati. Ci fu anche chi pensò che la ridotta emissione di neutrini da parte del Sole significasse che le reazioni nucleari in grado di sostenerne lo splendore stavano indebolendosi e fossero sul punto di cessare, causando in tempi brevi (qualche millennio) la morte dell'astro solare, e di conseguenza anche della vita sulla Terra. Questa catastrofica previsione per fortuna trovò scarso appeal tra le masse, ma si riverberò in alcune opere di celebri autori di fantascienza, come nel romanzo "Voci di terra lontana" ("The Songs of Distant Earth"), scritto nel 1986 da Arthur C. Clarke (1917-2008), l'autore del più celebre "2001 - Odissea nello Spazio". In esso si racconta il viaggio della Magellano, astronave futuribile che porta con sé un milione di esseri umani ibernati verso il lontano pianeta Sagan 2, dopo che la Terra è stata annientata nell'anno 3600 d.C. dall'esplosione del Sole in Supernova. Il problema dei neutrini solari è descritto dettagliatamente all'inizio del romanzo, proprio come la causa della scoperta che il pianeta Terra stava per morire (in realtà il nostro Sole è troppo piccolo per subire un'evoluzione catastrofica, ed inoltre un'esplosione in Supernova sarebbe accompagnata da pulsazioni di luminosità che avrebbero cancellato la vita dalla Terra ben prima della catastrofica esplosione).

In realtà vi era una spiegazione molto più semplice del deficit dei neutrini provenienti dal Sole, e non preannuncia alcuna catastrofe per il pianeta Terra. Sto parlando dell'oscillazione neutrinica. In pratica, durante il loro percorso attraverso lo spazio, queste elusive particelle cambiano continuamente il loro sapore, per cui un neutrino elettronico si può trasformare in uno muonico o in un uno tauonico, per poi ritornare elettronico e così via. Se è così, su tre neutrini elettronici partiti dal Sole, uno si è trasformato in un neutrino muonico ed un altro in uno tauonico, e così sulla Terra arriva solo un terzo dei neutrini elettronici effettivamente generati dalla nostra stella! Questo fenomeno, che non viola la conservazione del numero leptonico ma viola la conservazione del numero di famiglia, era già stato intuito negli anni cinquanta dal fisico italiano Bruno Pontecorvo (1913-1993), ma solo nel 2007 è iniziato un esperimento per provare questa ipotesi: il CERN di Ginevra genera neutrini muonici e li "spara" in direzione del laboratorio INFN sotto il Gran Sasso. Su miliardi di miliardi di neutrini lanciati dal CERN e arrivati ai laboratori dell'INFN dal 2007, nel 2010 è stato osservato dagli scienziati un primo neutrino che ha oscillato da muonico a tauonico. Intanto nel 2008 era diventato operativo OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus), un esperimento progettato apposta per studiare le oscillazioni dei neutrini muonici in neutrini tauonici, risultato di una collaborazione tra il CERN e i Laboratori Nazionali del Gran Sasso. Esso usa il fascio di neutrini muonici CNGS (CERN Neutrinos to Gran Sasso), prodotto nell'acceleratore SPS del CERN, dove un fascio di protoni viene accelerato per poi colpire un bersaglio di carbonio. In questa fase vengono prodotti pioni e kaoni che, decadendo, danno origine a muoni e neutrini muonici. Per indirizzare i neutrini, il fascio di mesoni viene focalizzato mediante campi magnetici. Nel 2012 OPERA ha osservato per la seconda volta un'oscillazione di sapore del neutrino muonico in neutrino tauonico.

Come avviene fisicamente l'oscillazione neutrinica? Come ha spiegato Gianpaolo Mangia in questo sito, essa può essere illustrata facendo ricorso a due fari, uno dei quali emette luce gialla, l'altro luce blu. Facendo sovrapporre progressivamente la luce delle due torce, si hanno diverse gradazioni di verde a seconda della percentuale di giallo e di blu che la compongono. Così, è possibile pensare a due funzioni d'onda dette autostati, ciascuna corrispondente a due possibili configurazioni neutriniche. Le due funzioni d'onda si sovrappongono progressivamente; una sovrapposizione dell'autostato 1 e dell'autostato 2 con certe percentuali viene osservato come neutrino elettronico, mentre la sovrapposizione degli stessi due autostati con percentuali diverse viene osservato come neutrino muonico. Idem se i sapori possibili dei neutrini sono tre.

Questo modo di vedere le cose permette una spiegazione affascinante dell'oscillazione neutrinica. Affinché i neutrini possano cambiare sapore, ciascun sapore deve essere costituito da diverse "configurazioni di massa". In pratica, sembra che ogni sapore dei neutrini non abbia una massa specifica, come accade per tutte le altre particelle in seguito all'interazione con il campo di Higgs, ma sia invece una sovrapposizione quantistica di tre diverse masse. E queste "configurazioni di massa", proprio perchè hanno masse differenti, viaggiano nello spazio a velocità leggermente differenti, come conseguenza della Relatività Ristretta. Con il passare del tempo, le masse maggiori "restano indietro" rispetto a quelle più leggere, e di conseguenza la composizione di massa di ciascun neutrino cambia nel corso del suo viaggio attraverso lo spazio. Una particella che era inizialmente di sapore elettronico, definito da una precisa miscela di masse, si trasforma così dopo un certo tempo nella miscela cui corrisponde il neutrino muonico. Purtroppo non conosciamo ancora i precisi valori delle tre configurazioni di massa dei neutrini, ma solo che sono diversi tra loro e maggiori di zero. Le proposte sono due: due configurazioni di massa sarebbero molto leggere e una terza nettamente più pesante (la cosiddetta "gerarchia normale"), oppure due sarebbero più pesanti e una più piccola (la cosiddetta "gerarchia inversa"). Per decidere quale delle due gerarchia è quella giusta, nel 2020 partirà l'esperimento DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment): al Fermilab di Chicago un fascio di protoni verrà indirizzato contro un bersaglio di grafite per produrre un fascio collimato di neutrini, che sarà inviato attraverso 1300 km di roccia (come nel suddetto esperimento OPERA, ma su scala maggiore) fino al Sanford Underground Research Facility vicino a Lead, nel South Dakota. Se veramente partirà (simili progetti erano già stati varati negli anni Novanta, ma poi sono stati cancellati per mancanza di fondi), DUNE dovrebbe essere in grado di misurare il tasso di oscillazione dei neutrini, e quindi di discriminare tra le due possibili gerarchie. Chi vivrà, vedrà.

Tra l'altro, l'oscillazione dei neutrini può permettere una reazione rarissima, che i Fisici cercano di osservare da più di settant'anni: il decadimento del muone in un elettrone e un fotone, che conserva essa pure il numero leptonico ma non il numero di famiglia. Il muone infatti emette per un tempo brevissimo un neutrino muonico e un astenone W. Il neutrino oscilla in un neutrino elettronico, mentre l'astenone emette un fotone e poi trasforma il neutrino elettronico in elettrone. Purtroppo però la probabilità che questo decadimento avvenga dipende dal rapporto fra le piccolissime masse dei neutrini e quella dell'astenone W elevato alla quarta potenza; di conseguenza, possiamo attenderci un solo decadimento di questo tipo ogni 1054 decadimenti ordinari del muone in un elettrone, un antineutrino elettronico e un neutrino muonico. Sembra un numero troppo piccolo per poter essere mai osservato in un esperimento; tuttavia, la probabilità che questo decadimento avvenga è così assurdamente piccola come conseguenza della piccolezza delle masse dei neutrini, non della conservazione dei numeri di famiglia, e quindi non è prevista nella maggior parte delle teorie alternative al Modello Standard che sono state proposte negli ultimi decenni. Ad esempio, se le particelle avessero un partner supersimmetrico, come spiegato in una precedente lezione, potremmo immaginare di sostituire nel diagramma di Feynman visibile qui sotto i neutrini e l'astenone W con le corrispondenti superparticelle, il che eviterebbe la bassissima probabilità dovuta alla leggerezza dei neutrini, e renderebbe il decadimento in questione potenzialmente alla portata degli esperimenti attualmente in corso. La caccia ovviamente continua.

Come conseguenza di questa continua oscillazione, mai osservata in nessun'altra particella, i neutrini devono possedere una massa, per quanto piccola, contrariamente a quanto postulato nel Modello Standard, che li ha sempre ritenuti privi di massa (e in accordo con quanto detto sopra). Oggi si pensa che la massa dei neutrini elettronici si aggiri intorno ai 10–2 eV/c2. Avendo una massa diversa da zero, l'immensa quantità di neutrini presente nell'universo potrebbe dare ragione almeno in parte della materia oscura, in quanto da una parte potrebbero contribuire con la loro massa al suo ammontare complessivo, e dall'altra, interagendo con essa, potrebbero fornire dettagli sulle sue proprietà. Nel 2015 il premio Nobel per la Fisica è stato assegnato al giapponese Takaaki Kajita (1959-) e al canadese Arthur McDonald (1943-) proprio per la dimostrazione sperimentale dell'oscillazione del neutrino.

La questione dell'origine della massa del neutrino non ha ancora trovato una risposta definitiva. Nel Modello Standard, come si è visto, i fermioni hanno massa perché interagiscono con il campo di Higgs. Queste interazioni coinvolgono le versioni con spin destrorso e sinistrorso dei fermioni. I neutrini, però, esistono solo nella forma sinistrorsa, e ciò potrebbe interferire con il campo di Higgs. « Pochi pensano che sia il meccanismo di Higgs a dare la loro massa ai neutrini », ha dichiarato Nigel Lockyer (1952-), direttore del Fermilab: « Probabilmente c'è un meccanismo diverso, quindi dovrebbero esserci  altre particelle associate al suo verificarsi ». Resta inoltre da spiegare perché le loro masse sono molto più piccole di quelle delle altre particelle conosciute (almeno 500.000 volte più piccole della massa dell'elettrone). Una possibile motivazione potrebbe risiedere nel fatto che i neutrini, in quanto elettricamente neutri, potrebbero essere dei Fermioni di Majorana, cioè potrebbero coincidere con le loro rispettive antiparticelle, condizione mai finora rispettata da alcun fermione conosciuto. In tal modo potrebbero possedere una massa, pur senza interagire con il campo di Higgs: in base al cosiddetto "modello see-saw" o "ad altalena", maggiore è la scala di energia della fisica, e più piccole sono le masse dei Fermioni di Majorana.)  Nel caso della scala di energia della GUT, pari a 1015 GeV, la massa del neutrino di Majorana sarebbe pari a 10–11 GeV/c2, cioè proprio a 10–2 eV/c2, come detto sopra. Purtroppo finora non è stato possibile confermare se i neutrini siano effettivamente identici agli antineutrini di ugual sapore. E non basta: i neutrini potrebbero dire molto anche sul problema della sostanziale assenza di antimateria dal nostro universo. Nel primo minuto dopo il Big Bang, durante la cosiddetta Era delle Particelle, è avvenuto il disaccoppiamento dei neutrini, che ha consentito a queste particelle di diffondersi nello spazio, non più prigioniere della materia primordiale. Se venisse dimostrato che il neutrino è l'antiparticella di se stesso, questo evento comporterebbe che dal suo punto di vista non vi è distinzione tra materia e antimateria e, conseguentemente, potrebbe spiegare come mai intorno a noi quest'ultima sembra praticamente inesistente.

Alcuni fisici hanno suggerito però una spiegazione alternativa per il problema della massa dei neutrini: la presenza di neutrini con spin destrorso, che interagirebbero con il campo di Higgs in maniera analoga agli altri fermioni, senza essere soggetti all'interazione nucleare debole. A metà degli anni Novanta, infatti, un rivelatore del Los Alamos National Laboratory nel New Mexico ha catturato un'anomalia, interpretata come un indizio del fatto che potrebbe esserci un quarto tipo di neutrino, che interagirebbe ancor più raramente con la materia di quelli già noti. A questo neutrino "speciale" è stato dato il nome di neutrino sterile, perchè non interagirebbe tramite nessuna delle interazioni fondamentali del Modello Standard, ad eccezione della gravità. I comuni neutrini del Modello Standard, che invece "sentono" l'interazione debole, vengono chiamati neutrini attivi. L'introduzione di simili neutrini è tutt'altro che campata in aria, dato che tutti gli altri fermioni noti sono stati osservati con spin sia sinistrorso che destrorso, e può spiegare in modo naturale le masse dei neutrini attivi osservati. La massa dei neutrini sterili è sconosciuta, ma il cosiddetto "modello see-saw" o "ad altalena" prevede per essi masse molto grandi, in contrapposizione ai neutrini sinistrorsi con massa molto piccola; per questo alcuni li chiamano anche Neutral Heavy Leptons (NHL). Anche il numero dei sapori dei neutrini sterili è sconosciuto, mentre è stato dimostrato che il numero di sapori dei neutrini attivi deve uguagliare quello dei leptoni carichi e delle generazioni di quark per assicurare la libertà da anomalie dell'interazione elettrodebole. Ovviamente i neutrini sterili potrebbero avere una parte di rilievo in molti fenomeni attualmente inspiegati come la materia oscura fredda e l'energia oscura.

I neutrini destrorsi però finora non sono mai stati osservati, nonostante la loro ricerca sia un'area molto attiva della Fisica di Domani. Il primo grande tentativo di individuarli è stato eseguito dal Main Injector Neutrino Oscillation Search (MINOS), lanciato nel 2005, che utilizza un rilevatore posizionato al Fermilab e uno al Soudan Underground Mine State Park, nel nord del Minnesota. La sua fonte è un fascio di neutrini muonici che attraversano 1.600 chilometri nella terra, passando da un rivelatore all'altro: è durante questo tragitto che i neutrini possono cambiare sapore. Se durante l'esperimento vengono rilevate meno interazioni del previsto, questo significa che alcuni neutrini attivi si sono trasformati in neutrini sterili. Purtroppo MINOS non ha cavato un ragno dal buco, non rilevando sinora alcuna diminuzione dell'interazione tra i neutrini attualmente conosciuti e « ponendo un forte limite all'esistenza dei neutrini sterili », come ha commentato nel 2014 il fisico Justin Evans dell'Università di Manchester: « Il caso dei neutrini sterili non è ancora chiuso, ma ora c'è molto meno spazio per loro dove nascondersi ».

Traccia del neutrino ad altissima energia (si stima 1,14 PeV) rilevato dall'Osservatorio IceCube al Polo Sud il 3 gennaio 2012 e battezzato "Ernie" (da questo sito)

Nel frattempo si è mobilitato il già citato osservatorio IceCube, che si sperava potesse trovarne traccia grazie alla sua elevatissima sensibilità. Per cercare neutrini sterili Francesco Halzen, fisico dell'Università del Wisconsin a Madison e principal investigator di IceCube, ha osservato l'arrivo dei neutrini muonici partiti dall'altra parte della Terra ed originariamente prodotti nell'atmosfera dalla collisione di raggi cosmici con molecole d'aria: per raggiungere il rivelatore, essi hanno attraversato il pianeta da parte a parte. Il team di Halzen sperava di trovare una carenza di neutrini muonici a particolari valori di energia, il che avrebbe suggerito che alcuni neutrini muonici si erano temporaneamente mutati in neutrini sterili durante il tragitto. Ma dopo aver analizzato i risultati di un anno di dati, l'8 agosto 2016 Halzen ha annunciato sconsolato di non aver trovato alcun indizio che potesse suggerire l'esistenza di neutrini sterili di circa 1 eV. Questo risultato negativo, in linea con quelli dell'osservatorio Planck dell'ESA, rappresenta a tutt'oggi la prova più evidente che il neutrino sterile non esiste nell'intervallo di massa che i fisici avevano sperato, e che in esso esistono solo tre famiglie di neutrini in quell'intervallo di massa.

In modo indipendente, alcuni astronomi hanno scorto nelle osservazioni a raggi X un bagliore misterioso in alcune galassie che, secondo una teoria, potrebbe anche essere spiegato se esistesse un neutrino molto più massiccio, con una massa di circa 7000 eV. L'osservatorio spaziale giapponese Hitomi non ha trovato alcuna prova nemmeno dell'esistenza dei neutrini sterili da 7 KeV, ma la ricerca prosegue in intervalli di massa più elevati. Invece, nel corso di queste ricerche l'osservatorio IceCube ci ha rivelato che la Terra ha una notevole capacità di fermare i neutrini più energetici, provenienti dalla parte più alta dell'atmosfera terrestre e dallo spazio. Le misurazioni di IceCube hanno infatti mostrato che i neutrini provenienti dal suolo, ovvero quelli che arrivano ai rivelatori dell'osservatorio dopo aver attraversato l'interno del nostro pianeta, sono meno numerosi rispetto ai neutrini provenienti dal cielo, ovvero quelli che lungo il loro percorso hanno incontrato assai meno ostacoli. In questo esperimento, gli eventi di interazione dei neutrini considerati hanno energie di almeno 1000 TeV: questa analisi è importante perché mostra che IceCube può contribuire alla fisica delle particelle in un dominio di energie oltre quello degli attuali acceleratori da noi costruiti.

Vorrei aggiungere che, come spiegato in questo articolo, il 23 ottobre 2017 (dunque mentre scrivevo questa pagina) presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso ha preso il via l'esperimento CUORE (Cryogenic Underground Observatory for Rare Events), il più grande rivelatore criogenico mai costruito, concepito proprio per studiare le proprietà dei neutrini, ed in particolare per cercare di osservare il rarissimo fenomeno noto come doppio decadimento beta senza emissione di neutrini. Come già sappiamo, il decadimento beta consiste nella trasformazione di un neutrone in un protone con l'emissione di un elettrone e di un antineutrino; ora, se il neutrino è una particella di Majorana, cioè coincide con l'antineutrino, l'antineutrino prodotto nel decadimento beta potrebbe a sua volta comportarsi come un neutrino, interagire con un neutrone ed emettere un altro protone e un secondo elettrone: come si vede qui sotto, due neutroni si trasformano in due protoni e due elettroni, senza che vi sia emissione di alcun neutrino. Rivelare questo processo consentirebbe non solo di determinare la massa dei neutrini, ma anche di dimostrare la loro eventuale natura di particelle di Majorana, fornendo una possibile spiegazione alla prevalenza della materia sull'antimateria nell'universo. Come ha spiegato Oliviero Cremonesi, responsabile scientifico dell'esperimento, CUORE è formato da cristalli cubici di tellurite progettati per funzionare a soli 10 millesimi di Kelvin sopra lo zero assoluto; il tutto è schermato dai raggi cosmici non solo dai 1400 metri di roccia del massiccio del Gran Sasso soprastante, ma anche da uno speciale scudo protettivo realizzato grazie alla fusione di lingotti di piombo recuperati da una nave romana affondata oltre 2000 anni fa al largo delle coste della Sardegna, perchè caratterizzati da una bassissima radioattività. È proprio il caso di dire: dalla tecnologia di ieri riemerge la Fisica di Domani!

Il doppio decadimento beta senza neutrini

Il doppio decadimento beta senza neutrini

Concludiamo con un'altra curiosità riguardante i neutrini. Nel settembre 2011 i ricercatori del già citato esperimento OPERA hanno affermato di aver riscontrato un'anomalia nel tempo di volo dei neutrini partiti nell'acceleratore SPS del CERN: essi sembravano aver viaggiato ad una velocità superiore a quella della luce. Nuove misure, pubblicate nel novembre dello stesso anno, ottenute grazie a fasci di neutrini più stretti e con una separazione temporale minore, sembravano confermare i risultati ottenuti in precedenza, ma nel marzo 2012 presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso è stato annunciato con imbarazzo che l'apparente moto superluminale dei neutrini era dovuto ad un'errata sincronizzazione dell'orologio atomico del Gran Sasso con quello di Ginevra, necessaria per calcolare il tempo di volo dei neutrini. Per questo errore il direttore di OPERA Antonio Ereditato si è dimesso il 30 marzo 2012.

In ogni caso, anche se queste fantomatiche particelle non violano i postulati fondamentali della Relatività di Einstein, sia l'oscillazione di sapore dei neutrini, sia la scoperta del fatto che essi possiedono massa, non sono assolutamente spiegabili attraverso alcun meccanismo previsto dal Modello Standard, e quindi, come l'energia oscura, lasciano intravedere che questo Modello è effettivamente incompleto, come lo era la Fisica Classica a fine Ottocento (non riusciva a spiegare né lo spettro di corpo nero né l'esperimento di Michelson e Morley). Molti ritengono che queste misteriose proprietà lascino intravedere una teoria, non ancora formulata, delle particelle e delle loro interazioni, più fondamentale del tanto celebrato Modello Standard. Starà ai Fisici del XXI Secolo trovare la risposta a queste domande.