L’annuncio di un gruppo di scienziati giapponesi e statunitensi è di quelli destinati a uscire dalla ristretta cerchia degli addetti ai lavori: il neutrino sarebbe dotato di massa, anche se estremamente piccola. La particella più sfuggente e inafferrabile con cui i fisici hanno a che fare, che fa la sua comparsa nei campi più avanzati della fisica, dalla cosmologia all’astrofisica fino alle teorie che descrivono i decadimenti radioattivi, ha ceduto alle insistenze degli scienziati. Se confermata, la scoperta potrebbe costringere i fisici a rivedere le teorie oggi comunemente accettate sulla natura delle interazioni elementari tra le particelle e forse potrebbe modificare radicalmente la nostra immagine dell’universo. La notizia è stata annunciata il 5 giugno scorso al congresso internazionale “Neutrino ‘98” svoltosi a Takayama, in Giappone.
A oltre mille metri di profondità, nelle miniere sotto il monte Ikena nei pressi di Takayama, 120 scienziati provenienti da ben 23 istituzioni scientifiche del Giappone e degli Stati Uniti hanno riempito una enorme tanica con 50mila tonnellate di acqua purificata. Le interazioni che avvengono nella “cisterna” sono rivelate da un imponente schieramento di 13mila fotomoltiplicatori, capaci di cogliere anche il più lieve bagliore prodotto dall’interazione dei neutrini con l’acqua. Sì perché a quelle profondità le uniche particelle che non sono state arrestate dalla materia circostante sono proprio i neutrini. Creati dall’interazione dei raggi cosmici con gli strati superiori dell’atmosfera insieme a una miriade di altre particelle esotiche, sono i soli a riuscire ad attraversare indenni chilometri di roccia.
L’esperimento, battezzato Super-Kamiokande, ha mostrato che uno dei tre neutrini finora conosciuti, il tipo muonico, oscilla trasformandosi in un neutrino di altro tipo e cambiando quello che i fisici chiamano il suo “sapore”. Infatti i neutrini sono associati ai leptoni, particelle cariche costitutive della materia che formano una vera e propria famiglia di cui finora si conoscono tre membri: l’elettrone, il “muone” e il “tau”. Ciò significa quindi che ci sono tre tipi di neutrini. Ma l’oscillazione tra un neutrino e l’altro è possibile solo se la particella è dotata di massa. Quindi la scoperta di Super-Kamiokande è un’evidenza indiretta, ma non meno efficace, del fatto che il neutrino abbia una massa non nulla, come invece si credeva finora.
Anche se così misterioso ed elusivo, il neutrino riveste un ruolo di primo piano nella nostra visione del mondo fisico. La sua natura così sfuggente ha fatto sì che prima di essere osservato ne fosse solo ipotizzata l’esistenza. Fu il fisico austriaco Wolfang Pauli, nel 1930, a ricorrere a una ipotetica particella neutra, praticamente priva di massa, per poter rendere conto di alcuni fenomeni legati ai decadimenti dei nuclei radioattivi. La chiamò neutrone, per il fatto che non possiede alcuna carica elettrica. Ma sarà Enrico Fermi, nel 1934, a ribattezzarla neutrino, per differenziarla dal ben più corposo neutrone, la particella neutra pesante migliaia di volte più di un elettrone che si trova nei nuclei atomici insieme ai protoni. E, grazie a Fermi, il neutrino trova la sua sistemazione all’interno della teoria delle interazioni deboli, una delle quattro forze fondamentali che agiscono nel nostro universo e che è responsabile dei decadimenti non solo dei nuclei radioattivi, ma anche delle nuove particelle che si vengono man mano scoprendo, come i mesoni. Al giorno d’oggi il neutrino è uno degli ingredienti fondamentali del “modello standard”, la teoria che intende riassumere tutte le attuali conoscenze sulla fisica delle particelle, e in tale modello ha una massa rigorosamente nulla. Ecco perché l’annuncio dell’equipe nippo-americana ha suscitato tanto scalpore.
Ma non sarà solo il modello standard a subire qualche scossone. Anche l’astrofisica e la cosmologia risentiranno di questa strabiliante scoperta. I neutrini infatti compaiono in molti dei problemi più rilevanti del settore delle astroparticelle. Ad esempio, per quanto riguarda la fisica solare, gli scienziati non riescono ancora a spiegare perché i neutrini che dal Sole giungono sulla Terra sono solo un terzo di quelli previsti dalla teoria. Una possibile soluzione potrebbe trovarsi proprio nelle oscillazioni osservate nei laboratori giapponesi: in questo modo i neutrini sfuggirebbero ai rilevatori, come se passassero tra le maglie della rete predisposta per catturarli.
Se però la notizia fosse confermata, la vera rivoluzione si avrebbe in cosmologia: potrebbe trovare soluzione il famoso problema della “materia oscura” dell’universo. Una materia invisibile ai nostri strumenti, ma che deve esistere, altrimenti non sapremmo come rendere conto di alcuni effetti gravitazionali inspiegabili considerando solo la materia osservabile. Che siano proprio i neutrini a rappresentare la massa mancante nell’universo? E non basta. Se veramente i neutrini sono dotati di massa, allora forse possiamo anche risolvere uno dei più grandi problemi aperti della fisica: il futuro dell’universo. La materia sufficiente per arrestare e invertire l’espansione dell’universo, per effetto delle forze gravitazionali, potrebbe venire proprio dai neutrini. Misurata la loro massa, potremmo finalmente sapere che destino ci attende: la morte termica di un universo che continua a espandersi indefinitamente, oppure il Big Crunch, l’evento finale di un universo che si ricompatta su se stesso, forse l’ultimo atto prima di un nuovo Big Bang.
