DayaBay

Il ‘quarto’ neutrino rimane elusivo

Il gruppo internazionale formato da 200 ricercatori che lavorano all’esperimento sull’oscillazione dei neutrini, noto come Daya Bay Collaboration, hanno pubblicato i primi risultati sulla ricerca di una particolare particella, detta neutrino “sterile”, che potrebbe rappresentare un possibile ‘quarto’ tipo di neutrino al di là dei tre neutrini già noti. L’esistenza di questa ipotetica particella, se provata, avrebbe un profondo impatto sulla nostra comprensione dell’Universo e potrebbe influenzare la progettazione dei futuri esperimenti sui neutrini. Tuttavia, i risultati, pubblicati sulla rivista Physical Review Letters, non mostrano alcuna evidenza di neutrini “sterili” almeno in un intervallo di massa che non sia stato precedentemente esplorato.

Vi sono forti motivazioni teoriche sul concetto dei neutrini “sterili” e nonostante alcuni esperimenti abbiano suggerito che potrebbero esistere davvero, altri invece hanno dato risultati negativi. Oggi, però, l’esperimento Daya Bay è pronto a far luce sull’esistenza, o meno, di queste particelle esotiche. L’esperimento Daya Bay è situato vicino alle centrali nucleari Daya Bay e Ling Ao in Cina, a 55 km a nord-est di Hong Kong. Questi reattori producono un flusso costante di antineutrini che viene inviato ai rivelatori situati a varie distanze dai reattori. L’esperimento Daya Bay ha iniziato il suo funzionamento il 24 dicembre 2011. Poco dopo, nel marzo 2012, i ricercatori annunciarono i primi risultati: l’osservazione di un nuovo tipo di oscillazione del neutrino, una prova cioè che queste particelle si ‘mescolano’ e cambiano i loro “sapori” passando da un tipo ad un altro, e una precisa determinazione del cosiddetto neutrino mixing angle, chiamato θ13, che indica una misura del grado di trasformazione di almeno tre stati della massa dei neutrini. Il fatto che i neutrini abbiano una massa diversa da zero, seppur piccolissima, è una scoperta relativamente nuova, in quanto grazie alle misure effettuate da Daya Bay è stato osservato  che il neutrino elettronico è una combinazione di almeno tre stati della massa. Ma se da un lato gli scienziati non conoscono i valori esatti delle singole masse dei neutrini, dall’altro essi sono in grado di misurarne le differenze (mass splitting). Inoltre, sappiamo che queste particelle sono molto meno pesanti dell’elettrone, anche se entrambi sono membri della stessa famiglia di particelle chiamate leptoni. Queste osservazioni sorprendenti suggeriscono la possibilità che il neutrino, elettricamente neutro, possa rappresentare un tipo speciale di materia e, di conseguenza, una componente molto importante della massa presente nell’Universo. Ora, dato che la struttura della materia e, in particolare, le proprietà della massa delle particelle sono questioni fondamentali a cui gli scienziati devono dare delle risposte, queste nuove rivelazioni sui neutrini implicano che sarà necessario dare la caccia ad altre particelle neutre leggere che potrebbero essere legate in qualche modo ai neutrini noti e allo stesso tempo potrebbero costituire le particelle di materia scura. Nel loro nuovo articolo, i fisici della collaborazione Daya Bay descrivono la ricerca di questa ipotetica particella neutra leggera, il neutrino “sterile” appunto, cercando delle evidenze sperimentali che puntino alla sua oscillazione con i tre tipi di neutrini noti. In altre parole, se il neutrino “sterile” è dato dalla combinazione di tre stati di massa differenti, allora esso potrebbe portare all’oscillazione dei neutrini dai “sapori” noti al “sapore sterile”, fornendo così una evidenza della sua esistenza. La prova sperimentale sarebbe la sparizione dei neutrini dai “sapori” noti.

BNL: Hide & Seek: Sterile Neutrinos Remain Elusive
Physical Review Letters: Search for a Light Sterile Neutrino at Daya Bay
arXiv: Search for a Light Sterile Neutrino at Daya Bay

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