Uno studio pubblicato sulla prestigiosa rivista Physical Review Letters rivela nuovi e inaspettati indizi sul comportamento dei neutrini. Il lavoro è stato condotto dal Dr. Antonio Palazzo, ricercatore del Dipartimento Interateneo di Fisica dell’Università di Bari e incaricato di ricerca dell’INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), in collaborazione con il Dr. Sabya Chatterjee, ricercatore postdoctoral presso l’IPPP (Institute for Particle Physics Phenomenology) dell’Università di Durham. I risultati del lavoro sono stati presentati dal Dr. Palazzo in occasione della conferenza virtuale NeuTel 2021, uno dei maggiori appuntamenti internazionali nel campo della fisica del neutrino.

I neutrini sono particelle elementari neutre che interagiscono in maniera estremamente debole con la materia. Esistono in tre varietà dette flavor e sono dotati di una massa molto piccola, pari a circa un milionesimo della massa dell’elettrone. Sappiamo, inoltre, che gli autostati di flavor non hanno una massa ben definita, ma sono una sovrapposizione degli autostati di massa.Questo implica che i neutrini possono oscillare da un flavor all’altro, cambiando “identità”. Le oscillazioni sono osservabili quando i neutrini percorrono lunghe distanze (centinaia di kilometri) e dunque costituiscono una spettacolare manifestazione della meccanica quantistica su scala macroscopica.

Quando attraversano la materia i neutrini “sentono” un effetto addizionale che altera il loro comportamento rispetto al caso in cui si propagano nel vuoto. Gli effetti della materia possono essere visibili in esperimenti detti a lunga base, ove un intenso fascio di neutrini viene osservato prima e dopo l’attraversamento di centinaia di kilometri di crosta terrestre. Intensi fasci di neutrini sono prodotti in potenti acceleratori di particelle e alla fine del loro tragitto vengono rivelati in enormi detector situati in laboratori sotterranei. Al momento attuale sono operativi due esperimenti di questo tipo, T2K e NOvA, rispettivamente in Giappone e negli Stati Uniti.

Il nuovo studio dimostra come, dall’interpretazione teorica dei più recenti dati raccolti da T2K e NOvA, emergano le prime tracce di nuove interazioni dei neutrini non previste dal Modello Standard (la teoria comunemente accettata per la descrizione delle particelle elementari e delle loro interazioni).

Come spiega il Dr. Palazzo: “I nuovi dati di T2K e NOvA mostrano una discrepanza inattesa. Questo comportamento anomalo può essere spiegato assumendo l’esistenza di ipotetiche interazioni dei neutrini che violano la conservazione del flavor e della simmetria CP”. Il Dr. Palazzo prosegue: “I due esperimenti hanno una differente sensibilità agli effetti di materia per via della diversa base (295 km in T2K e 810 km in NOvA) e sono quindi complementari e sinergici nell’identificare nuove interazioni dei neutrini. L’indicazione da noi evidenziata potrà essere testata da nuovi dati raccolti dai medesimi esperimenti T2K e NOvA e, tra alcuni anni, dai loro successori T2HK e DUNE. Inoltre, anche i neutrini atmosferici rivelati in KM3NeT e IceCube potranno fornire informazioni preziose a riguardo.”

“Se l’esistenza di nuove interazioni fosse confermata” – conclude il Dr. Palazzo – “ci troveremmo di fronte ad una scoperta di estrema importanza. Infatti, si tratterebbe di un segnale concreto di fisica oltre il Modello Standard, che comporterebbe l’esistenza di nuove particelle mai osservate prima d’ora, mediatori delle nuove interazioni. Una possibilità semplice ed elegante è costituita da bosoni vettoriali (detti Z’). Questi ultimi potrebbero essere prodotti ed osservati negli esperimenti ai collider come LHC al CERN. Ma non è tutto qui. Infatti, le nuove interazioni dei neutrini, violando la simmetria CP, potrebbero essere connesse all’asimmetria tra materia e antimateria presente nel nostro Universo, la quale ha permesso la formazione di galassie, stelle, pianeti e, in definitiva, l’esistenza della vita su (almeno uno) di essi!”

Link articolo

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.051802

Bari, 15/03/2021

di Redazione