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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. Continua a leggere Il ‘quarto’ neutrino rimane elusivo

Ecco NOvA, l’esperimento più avanzato del Fermilab sui neutrini

Grazie al recente completamento dei laboratori, è entrato in funzione, e con successo, l’esperimento NOvA che esplorerà le proprietà dei neutrini che rappresentano una delle chiavi per svelare alcuni misteri ancora irrisolti dell’Universo. Continua a leggere Ecco NOvA, l’esperimento più avanzato del Fermilab sui neutrini

Un eccesso di antineutrini nell’Universo primordiale

Uno dei misteri della cosmologia moderna è quello che riguarda l’asimmetria barionica e cioè il fatto che l’Universo in cui viviamo è fondamentalmente costituito di materia. La domanda è: dove è andata a finire l’antimateria? I barioni, ossia le particelle che sono composte da una combinazione di tre quark, includono i protoni e i neutroni e rappresentano la materia ordinaria di cui anche noi stessi siamo fatti. Tuttavia, si conosce ancora poco sulla possibile esistenza di una asimmetria leptonica in cui cioè esistono nell’Universo quantità diverse di leptoni e antileptoni. Esempi di leptoni sono gli elettroni e i neutrini. Quest’ultimi, in particolare, sono molto difficili da rivelare rispetto ai barioni poiché sono delle particelle elusive e molto leggere e, di conseguenza, meno energetiche.

Oggi, grazie ad uno studio recente, i fisici Dominik J. Schwarz e Maik Stuke della Bielefeld University in Germania hanno pubblicato un articolo sul New Journal of Physics dove spiegano come i recenti dati relativi alla radiazione cosmica di fondo suggeriscano che l’Universo contenga un eccesso di antineutrini rispetto ai normali neutrini (video abstract). Inoltre, questa asimmetria leptonica potrebbe, in linea di principio, superare l’asimmetria barionica, che è dell’ordine di 10-10, anche di diversi ordini di grandezza. Il numero totale di leptoni potrebbe così superare il numero totale di barioni presenti nell’Universo. Tuttavia, trovare tracce di questa asimmetria leptonica non è un lavoro molto semplice. I leptoni hanno una energia così bassa che la maggior parte di queste particelle possono facilmente ‘celarsi’, per così dire, nel segnale di fondo dovuto ai neutrini e perciò diventa complicato rivelarli. Nonostante ciò, Schwarz e Stuke sono convinti che i leptoni possano essere osservati esplorando le epoche primordiali della storia cosmica poiché essi avrebbero giocato un ruolo importante da un lato nel processo della nucleosintesi, cioè la produzione dei nuclei degli elementi più leggeri che si formarono immediatamente dopo il Big Bang, e dall’altro nella radiazione cosmica di fondo, la radiazione fossile prodotta circa 400 mila anni dopo la nascita dell’Universo. In particolare, i leptoni avrebbero svolto la loro azione durante la formazione dell’elio primordiale. I due ricercatori hanno misurato l’abbondanza di questo elemento utilizzando i nuovi dati della radiazione cosmica di fondo ottenuti con l’Atacama Cosmology Telescope, con il South Pole Telescope e con il satellite WMAP. Confrontando questi risultati con i dati relativi all’abbondanza dell’elio derivata dalle osservazioni locali che si riferiscono alle regioni di cielo extragalattiche, gli scienziati sono stati in grado di porre alcuni limiti all’asimmetria leptonica. I dati suggeriscono che esiste una possibilità che l’Universo sia governato dagli antineutrini, anziché da quelli normali, il che avrebbe delle implicazioni importanti sulla nostra attuale comprensione di ciò che accadde durante le fasi iniziali della storia cosmica. In più, l’eccesso di antineutrini porterebbe, in linea teorica, ad un aumento del tasso di espansione dell’Universo. Comunque, finora i dati non danno una indicazione che lo scenario standard della nucleosintesi primordiale possa essere, in qualche modo, sbagliato. Ora i fisici sperano che nel futuro nuovi dati sulla radiazione cosmica di fondo e misure più accurate delle abbondanze degli elementi primordiali potranno fornirci degli indizi per verificare sperimentalmente l’asimmetria leptonica e confrontarla con quella barionica, anche se al momento non abbiamo alcuna idea da dove quest’ultima provenga (vedasi Enigmi Astrofisici).

Questo post è stato citato da Maik Stuke: Anti-Neutrinos famous all around the World

New Journal of Physics: Does the CMB prefer a leptonic Universe?

arXiv: Does the CMB prefer a leptonic Universe?

Neutrini, le particelle del Big Bang

Alcuni scienziati della University of Huddersfield sono impegnati in una collaborazione internazionale assieme ad altri colleghi appartenenti ad altri istituti nel tentativo di svelare un mistero legato ad una particella che avrebbe giocato un ruolo fondamentale per l’origine dell’Universo.

La scoperta dei neutrini e delle rispettive antiparticelle risale a più di 50 anni fa. I fisici ritengono che queste particelle vennero create in seguito al Big Bang e sono convinti che esse potrebbero fornirci nuovi indizi di vitale importanza per comprendere la natura del nostro Universo. Queste particelle hanno una massa quasi trascurabile, viaggiano con velocità relativistiche interagendo debolmente con la materia e si trasformano mentre si propagano. Quest’ultimo fenomeno, noto come oscillazione dei neutrini, rende queste particelle estremamente elusive. “Per studiare i neutrini, dobbiamo massimizzare la produzione delle rispettive antiparticelle un processo che è alla base della mia ricerca” spiega Adriana Bungau dell’University of Huddersfield e membro dell’International Institute for Accelerator Applications. Questo progetto di ricerca avrà lo scopo di costruire un nuovo acceleratore di particelle nel quale fasci di protoni saranno deviati verso un bersaglio costituito da un cilindro di berillio-9 circondato da un altro cilindro di litio-7 mantenuto a basse temperature. Questo processo permetterà la produzione continua di isotopi del litio-8 che decadranno rapidamente dando luogo ad una elevata formazione di antiparticelle. Bungau è convinta che questi esperimenti sugli antineutrini permetteranno di ricavare nuovi indizi sulla natura e l’origine dell’Universo.

[Abstract: In Search of Sterile Neutrinos]

arXiv: Target Studies for the Production of Lithium8 for Neutrino Physics Using a Low Energy Cyclotron