Neutrini nel Modello Standard

SAPORI_NEUTRINOVi ricordate i neutrini e le loro controparti anti?
Sicuramente sì, non fosse peraltro per la figura cacina del famoso “tunnel Gelmini” su cui non mi dilungherò oltre per non infierire.
Comunque sappiate che ogni secondo il nostro corpo è attraversato da almeno 50 mila miliardi di neutrini provenienti per la maggior parte dal Sole, ma anche dalle centrali atomiche presenti sul nostro pianeta, da quelli prodotti dal decadimento beta delle rocce terrestri, etc. Addirittura anche noi curiosamente produciamo i nostri neutrini, dal decadimento naturale del potassio 40 presente nei nostri corpi.
I neutrini sono ovunque nell’Universo ma non avendo quasi massa  e nessuna carica elettrica questi interagiscono pochissimo con la materia ordinaria: un muro  di piombo spesso un anno luce riuscirebbe a fermare solo la metà dei neutrini che lo attraversano.

I diversi sapori del neutrino

FermioneSimboloMassa presunta

Generazione 1 (elettrone)

Neutrino elettronico< 2,2 eV
Antineutrino elettronico< 2,2 eV

Generazione 2 (muone)

Neutrino muonico< 170 keV
Antineutrino muonico< 170 keV

Generazione 3 (tau)

Neutrino tauonico< 15,5 MeV
Antineutrino tauonico< 15,5 MeV
Qui si parla di “autostati di sapore del neutrino”, in analogia on i “sapori” dei quark; questi ultimi, però, oltre ad essere in numero doppio (6 invece di 3), identificano gli autostati di massa e non quelli dell’interazione debole di corrente carica.

Scoperto solo nel 1956, ma teorizzato da Wolfgang Pauli nel 1930 per spiegare il decadimento beta e battezzato nel 1934 da Enrico Fermi, nel 1962 si è capito che non esiste una sola natura del neutrino, ma che esso è uno e trino, cioè capace di trasformarsi nel tempo da un tipo all’altro, come potete vedere dal disegno qui sopra e dalla tabella qui accanto.
I fisici chiamano la capacità del neutrino di mutare da un tipo all’altro oscillazione dicendo che il neutrino ha cambiato sapore 1.
E proprio questa capacità del neutrino di oscillare fra i tre diversi stati indica come il Modello Standard 2 sia così accurato.

Cercare i neutrini da studiare non è difficile.
Si possono prendere i neutrini solari, che sono prodotti dalle reazioni di  fusione termonucleare nel nucleo del Sole – catena Protone-Protone – di sapore elettronico, oppure quelli prodotti dai raggi cosmici che collidono con gli atomi della nostra atmosfera che possono essere dei tre diversi sapori, oppure si possono produrre sparando protoni adeguatamente accelerati contro un bersaglio di grafite, così si ha anche il più completo controllo del fascio uscente piuttosto che aspettare che Madre Natura ci dia il neutrino giusto, al posto giusto, al momento giusto e nella direzione che si vuole.

Quindi per ottenere dei neutrini non c’è che l’imbarazzo della scelta. Il problema è semmai riuscire a vederli.
Una particella così piccola da quasi non avere massa, che si muove quasi alla velocità della luce 3 e che non ha carica elettrica, riuscire a vederla direttamente è impossibile, ma se ne possono vedere gli effetti indiretti mentre occasionalmente un neutrino interagisce con un atomo di un mezzo che funge da rilevatore. Questi effetti possono essere un flusso di particelle cariche oppure lampi di luce Cherenkov, o anche trasmutazioni chimiche, come accadeva ad esempio nei primi rivelatori al cloro-argon secondo una felice intuizione di Bruno Pontecorvo 4.
Pertanto se – per ora – pare impossibile catturare un neutrino, è possibilissimo invece vedere e misurare gli effetti del suo passaggio. Tutto sommato basta aguzzare l’ingegno!

(continua)


Note:

Note:

  1. Non è che i neutrini abbiano veramente un sapore allo stesso modo in cui i quark siano colorati, nessuno ha mai assaggiato un neutrino o visto un quark, questi sono solo nomi attribuiti a certe proprietà fisiche proprie delle particelle subatomiche come lo è per esempio la carica elettrica dell’elettrone e del protone.
  2. Il Modello Standard è una teoria quantistica dei campi puramente descrittiva la cui forza è nella capacità di spiegare esattamente il comportamento delle quattro forze fondamentali note, ossia l’interazione forte, elettromagnetica e debole e tutte le particelle elementari ad esse collegate.
  3. Secondo la Relatività Speciale il fatto di possedere una massa, per quanto piccola, impedisce al neutrino di raggiungere la velocità della luce nel vuoto.
  4. Nei rivelatori chimici cloro-argon accade che un neutrino urtando un nucleo di cloro 37 (questo isotopo è abbastanza diffuso: almeno un quinto del cloro presente su questo pianeta e è 37Cl.) trasformi un neutrone del nucleo in una coppia protone-elettrone trasmutando così il cloro in argon. Basta quindi isolare e contare gli atomi di argon per avere una stima delle collisioni neutrino-neutrone avvenute nel rivelatore.

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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