Neutrini: particelle sfuggenti, ma non troppo. Nel Large Hadron Collider (Lhc), l’acceleratore di particelle del Cern, infatti, potrebbero essere state osservate le prime interazioni tra neutrini: sei, per la precisione. È quanto emerge da uno studio pubblicato sulla rivista Physical Review D, condotto da un team internazionale di fisici guidati dai ricercatori dell’University of California, negli Stati Uniti. I risultati, che fanno parte di un esperimento iniziato tre anni fa, indicherebbero il primo rilevamento in assoluto di tracce di neutrini in un collisore di particelle. A caccia di neutrini
L’Lhc è l’acceleratore di particelle più grande e potente del mondo: è stato avviato per la prima volta il 10 settembre 2008 e rimane l’ultimo arrivato tra gli acceleratori del Cern, a Ginevra. L’Lhc è costituito da un anello di 27 chilometri di magneti superconduttori: all’interno della struttura, durante gli esperimenti, due fasci di particelle ad alta energia viaggiano a una velocità prossima a quella della luce e vengono fatte scontrare tra di loro.
Neutrino di Majorana, si stringe il cerchio intorno alla particella
Dalla collisione possono scaturire particelle ultraleggere, che possono essere rilevate dalle strumentazioni del collisore e poi studiate dai fisici delle particelle sparsi in tutti i centri di ricerca del mondo. L’Lhc è famoso soprattutto per aver consentito agli scienziati di rilevare il bosone di Higgs, ma il suo ruolo non si è certo esaurito con quella scoperta. Nel 2018, infatti, è stato avviato l’esperimento Forward Search Experiment (Faser), progettato dal Cern per cercare nuove particelle ultraleggere ancora sconosciute e studiare le interazioni dei neutrini ad alta energia.
I neutrini sono tra le particelle meno comprese nel modello standard della fisica delle particelle: sono sfuggenti, ma molto ricercate, perché lo studio sperimentale delle loro interazioni può avere implicazioni interessanti in molte aree di ricerca. Lo strumento principale dell’esperimento Faser, installato a 480 metri dal rivelatore Atlas dell’Lhc, è costituito da lastre di piombo e tungsteno alternate a strati di emulsione nucleare, che serve a rilevare eventuali interazioni tra neutrini ad alta energia innescate dalle collisioni di particelle nell’acceleratore.
Senza entrare troppo nel dettaglio, durante le collisioni nell’Lhc, alcuni dei neutrini prodotti si scontrano con i nuclei dei metalli densi del rilevatore, generando particelle che viaggiano attraverso gli strati di emulsione e sono in grado di creare segni visibili, un po’ come una fotografia. Questi segni sono indicativi dei livelli di energia delle particelle e si tratta di neutrini o antineutrini.“Una svolta significativa”
Perché nell’Universo c’è più materia che antimateria?
Nell’articolo i ricercatori descrivono come, grazie al rilevatore di emulsione nucleare di Faser, durante la corsa pilota del progetto hanno osservato sei interazioni di neutrini. Questo ha permesso agli scienziati sia di confermare che il rilevatore si trova nella giusta posizione rispetto al rilevatore Atlas per individuare i neutrini che derivano dal collisore, sia di constatare l’efficacia dell’utilizzo di un rilevatore di emulsione per osservare questo tipo di interazioni di neutrini.
“Prima di questo progetto, non è mai stato visto alcun segno di neutrini in un collisore di particelle“, ha affermato Jonathan Feng, co-autore dello studio e co-leader del progetto Faser: “Questa svolta significativa è un passo verso lo sviluppo di una comprensione più profonda di queste particelle sfuggenti e del ruolo che svolgono nell’universo“.
Il prossimo passo, adesso, è preparare una nuova serie di esperimenti con uno strumento più grande e significativamente più sensibile: infatti gli scienziati del team Faser stanno mettendo a punto un nuovo rilevatore di emulsioni. Si chiamerà FaserNu, peserà 1088 chilogrammi (contro i 29 del rilevatore pilota) e sarà in grado non solo di rilevare i neutrini, ma anche di differenziarli.
“Data la potenza del nostro nuovo rivelatore e la sua posizione privilegiata al Cern, prevediamo di essere in grado di registrare più di 10.000 interazioni di neutrini nella prossima corsa di Lhc, a partire dal 2022“, ha affermato il coautore David Casper, co-autore dell’articolo e co-leader del progetto Faser: “Rileveremo i neutrini a più alta energia che siano mai stati prodotti da una fonte creata dall’uomo“.
