Il neutrinomistero ancora irrisolto

Un esperimento americano pensa di aver misurato un surplus di alcuni neutrini, l’altro non vede nulla di strano. Da dove viene questo?

neutrini sono solo particelle pazze. Ogni secondo, miliardi di miliardi passano attraverso il tuo corpo, ma non te ne accorgi. Di norma, i neutrini non sono quasi influenzati da altre particelle.

Un’altra strana proprietà è che ci sono diversi “sapori” di neutrini che possono trasformarsi l’uno nell’altro. Riteniamo di poter calcolare esattamente quando si verificano questi cambiamenti e in che misura.

Misurazioni precedenti dell’esperimento MiniBooNE. non corrispondeva a questi calcoli† E questo potrebbe indicare nuove particelle. Sui cosiddetti neutrini sterili, ad esempio, che sono ancor meno attratti da altre particelle rispetto ai normali neutrini.

Ora un altro esperimento ha, MicroBooONEfocalizzato sullo stesso fenomeno. Non ha visto nulla di folle, riporta il team in un articolo pubblicato di recente. Quindi problema risolto? Beh no. Non è ancora chiaro perché MiniBooNE abbia misurato qualcosa e potrebbero esserci ancora nuove particelle in gioco.

Distanza troppo piccola

A nostra conoscenza, i neutrini si presentano in tre forme: ci sono neutrini elettronici, neutrini muonici e neutrini tau. Al Fermilab americano, vicino a Chicago, i neutrini muonici vengono prodotti colpendo protoni su un bersaglio. Questi neutrini viaggiano quindi verso il rivelatore MiniBooNE, a poche centinaia di metri di distanza.

Il rilevatore MiniBooNE è costituito da un serbatoio sferico di liquido. Se un neutrino entra in collisione con un nucleo atomico in questo liquido, si può formare un muone. E un tale muone produce un segnale misurabile, sotto forma di un lampo di luce.

Solo: MiniBooNE ha anche misurato segnali che sembravano indicare neutrini elettronici provenienti dal fascio di neutrini puntato al rivelatore. Ed era strano. Perché se i neutrini possono cambiare identità, non sarebbe dovuto succedere ai neutrini muonici che viaggiano dal bersaglio a MiniBooNE. La distanza intermedia era semplicemente troppo piccola per quello.

Quattro gusti?

A meno che non sia coinvolta un’altra particella. Un quarto neutrino, per esempio, che sarebbe poi “sterile”: una tale particella interagisce con altre particelle solo per gravità. E poiché la gravità non gioca un ruolo significativo nel mondo delle particelle, ciò significa in pratica che il neutrino sterile non interagisce con altre particelle.

Eppure questa particella estremamente sfuggente può tradire la sua esistenza. Se non ci sono tre, ma quattro gusti di neutrini, ciò cambia le regole che descrivono quando i neutrini subiscono una metamorfosi. È quindi possibile, ad esempio, che un neutrino muonico si trasformi in un neutrino elettronico durante il breve percorso dal bersaglio al rivelatore.

nessun eccesso

Quindi, se il risultato di MiniBooNE è corretto, potrebbe davvero scuotere la nostra comprensione della fisica. Ma ulteriori esperimenti dovrebbero anche vedere l’inaspettato cambiamento da muone a neutrino elettronico. Come l’esperienza MicroBooONE. Questo è guardare lo stesso raggio di neutrini di MiniBooNE, più o meno nella stessa posizione, ma con una tecnica diversa. Qui, le particelle create dopo una collisione di neutrini non portano a lampi di luce, ma a tracce rilevabili attraverso il rivelatore. Quindi, MicroBooNE vede anche neutrini elettronici che non verrebbero misurati lì?

No, come annunciato dal team di MicroBooNE in un articolo di cui abbiamo parlato prima ha scritto, ma solo ora ufficialmente rilasciato: il loro rivelatore vede esattamente tanti neutrini elettronici quanti ti aspetteresti, o anche un po’ meno. La squadra non ha agito durante la notte. Ha cercato i neutrini elettronici in tre modi diversi. Ma nessuno di questi metodi ha rivelato un’eccedenza di neutrini.

“I risultati della misurazione di MicroBooNE sono coerenti con lo scenario standard in cui ci sono solo tre tipi di neutrini”, afferma. Krijn de Vries, fisico astroparticellare presso la Vrije Universiteit Brussel, non coinvolto in Mini- o MicroBooNE. “Non c’è quindi bisogno qui di un’interpretazione in cui un quarto neutrino sterile abbia un ruolo”.

ancora poco chiaro

Allo stesso tempo, un neutrino così sterile potrebbe ancora esistere, affermano il fisico Carlos Argüelles dell’Università di Harvard e i suoi colleghi in un un altro articolo, pubblicato nello stesso numero di rivista dei risultati di MicroBooNE† Si possono considerare scenari in cui una tale particella porterebbe a un surplus di neutrini elettronici con MiniBooNE, ma non con MicroBooNE. “Tuttavia, lo scenario dei neutrini sterili è diventato meno probabile”, afferma De Vries.

È interessante notare che lo studio MicroBooNE ha identificato processi che avrebbero potuto erroneamente dare a MiniBooNE l’impressione che ci fosse un eccesso di neutrini elettronici. Ma non sembra essere successo, dice De Vries. “Non è stata trovata alcuna indicazione che questi processi non siano stati inclusi correttamente nell’analisi MiniBooNE.”

In altre parole: non è ancora chiaro come sia possibile che MiniBooNE abbia visto un eccesso di segnali di neutrini elettronici. “La risposta a questa domanda aperta potrebbe produrre una fisica molto interessante”, afferma De Vries. “Forse sotto forma di neutrino sterile, o sotto forma di una migliore comprensione di questi tipi di rivelatori. Questo ha sicuramente bisogno di essere indagato ulteriormente. »