La stupefacente realtà del neutrino

Comprendere come nel neutrino le diverse masse associate a ciascun sapore si rendono manifeste aiuta a capire come questa particella così elusiva da sfidare anche il Modello Standard sia importante anche per superare il modello stesso. Nato per spiegare il Principio di Conservazione dell’Energia nel processo del decadimento beta, il neutrino forse può aprire una breccia nel solido muro del Modello Standard e indicare la strada verso una nuova teoria quantistica.

Credit: Il Poliedrico

Credit: Il Poliedrico

La realtà quantistica è molto lontana dalla nostra percezione comune. I neutrini esistono in una sovrapposizione di stati di massa definita. Questo è un concetto un po’ complicato da spiegare, ma non è corretto credere che gli autostati 1  di sapore – elettronico, muonico e tauonico – siano gli autostati di massa. I neutrini sono prodotti dell’interazione debole e nascono con un autostato di sapore a  cui corrisponde una certa combinazione degli autostati della sua massa.
Però a parità di energia le tre diverse masse si propagano in modo diverso. Questo comporta che l’autostato di sapore dei neutrini cambierà nel tempo, perché muteranno gli autostati legati alle diverse masse. Le tre diverse masse del neutrino sono legate fra loro da tre angoli di mescolamento a cui però non si sa esattamente a quali masse  o stati siano associati.
Detto così sembra ostrogoto antico, ma lasciate che vi faccia un esempio un po’ più comprensibile, un gedankenexperiment come lo avrebbe chiamato Einstein: immaginate un Pendolo di Newton con tre sfere di massa diverse collegate l’una all’altra da una debole molla. Ora facciamone oscillare una e vediamo che il movimento viene trasmesso alla seconda e poi alla terza sfera dalle molle k' e k" e da questa il moto ritorna indietro fino alla prima, e così via; In questa riflessione ideale immaginate che non ci sia attrito e che il moto continui indefinitamente. Le sfere si trasmettono il movimento seguendo uno schema oscillatorio, che poi è quello che viene osservato nei neutrini. L’angolo \theta è l’ampiezza dell’angolo che le diverse sfere raggiungono rispetto all’asse di riposo.

Il \theta\ \ 1-2 e il \theta\ \ 2-3 ormai sono conosciuti con una certa precisione: supponiamo che il \theta\ \ 1-2 indicasse la differenza di massa tra l’autostato del neutrino indicato con 1 e l’autostato 2, leggermente diverso. Il \theta\ \ 2-3, più ampio,  quindi dovrebbe indicare la differenza di massa tra l’autostato di tipo 2 e l’autostato di tipo 3.
Ma le masse stesse non sono note, così come il loro ordine. Tutto indica che l’autostato 3 è molto diverso dagli altri, ma è il più leggero o il più pesante fra gli stati assunti dal neutrino?
Un importante aiuto per la comprensione di questo importante rebus viene dai risultati ottenuti a marzo 2012 dall’esperimento Daya Bay 2, che ha dato un valore, piccolo ma non nullo come era stato ipotizzato in seguito a precedenti esperimenti, all’angolo di mescolamento mancante: il \theta\ \ 1-3.
Sarà così possibile stabilire finalmente la gerarchia della massa del neutrino e scoprire se le interazioni dei neutrini violano la simmetria materia-antimateria e perché i neutrini si comportano diversamente dagli antineutrini. Questo a sua volta può riuscire a spiegare perché il nostro Universo sia dominato dalla materia 3.

(continua)


Note:

Note:

  1. Nell’universo macroscopico è naturale e lecito attribuire ad ogni oggetto il suo stato proprio, massa, posizione e velocità relativa. L’universo quantistico è invece governato dal Principio di Indeterminazione di Heisenberg che afferma l’impossibilità di misurare il valore esatto di un qualsiasi stato di una particella e contemporaneamente conoscerne gli altri nello stesso istante. Ad esempio in Meccanica Quantistica è impossibile determinare la posizione esatta di tale particella quando la sua quantità di moto è conosciuta in un dato istante. Pertanto si è reso necessario formulare chiaramente la differenza tra lo stato di qualcosa che è incerto nel modo appena descritto e lo stato di qualcosa avente un valore definito. Quando una particella viene misurata si dice quindi che se ne conosce l’autostato. Quindi misurando la posizione di una particella la funzione d’onda associata a questa proprietà collassa e  il suo stato diventa un “autostato della posizione”, nel senso che la sua posizione adesso è nota.
  2. Una nota dell’esperimento è disponibile sulla pagina Scribd di questo Blog.
  3. La Violazione  CP significa che la Simmetria di Carica (a ogni particella corrisponde la propria antiparticella, cioè una particella avente la stessa massa ma i numeri quantici (per es. la carica elettrica) di segno opposto) e la Simmetria di Parità (inversione spaziale delle coordinate) sono violate.
    L’esistenza di tutta la materia che riusciamo a percepire nell’Universo è dovuta proprio alla violazione della Simmetria CP che ha impedito che la materia e l’antimateria fossero proporzionalmente uguali e finissero per annichilarsi a vicenda subito dopo il Big Bang. La materia in più che sopravvisse a questo processo è la materia che vediamo oggi, mentre l’antimateria oggi è praticamente assente nel nostro Universo.
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Umberto Genovese

Autodidatta in tutto – o quasi, e curioso di tutto – o quasi.
L’astronomia è una delle sue più grandi passioni. Purtroppo una malattia invalidante che lo ha colpito da adulto limita i suoi propositi ma non frena il suo spirito e la sua curiosità. Ha creato il Blog Il Poliedrico nel 2010 e successivamente il Progetto Drake (un polo di aggregazione di informazioni, articoli e link sulla celebre equazione di Frank Drake e proposto al l 4° Congresso IAA (International Academy of Astronautics) “Cercando tracce di vita nell’Universo” (2012, San Marino)) e collabora saltuariamente con varie riviste di astronomia.
Definisce sé stesso “Cercatore”.

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