Dettaglio del rivelatore Opera © Copyright LNGS-INFN L'utilizzo della foto è gratuito previa autorizzazione dell'Ufficio Comunicazione INFN

Fornirà fondamentali informazioni sul misterioso fenomeno delle oscillazioni dei neutrini

L?invio del fascio di neutrini dal Cern (Cngs) e l?inizio di una nuova generazione di esperimenti sono stati ufficialmente celebrati oggi presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell?Infn (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) alla presenza di Fabio Mussi, Ministro dell?Universit? e della Ricerca.
Il fascio Cngs e i dispositivi sperimentali realizzati nei Laboratori del Gran Sasso per studiare le interazioni dei neutrini fanno parte di un progetto concepito per gettare luce sul misterioso fenomeno delle oscillazioni di queste particelle.

I neutrini vengono incessantemente prodotti nelle reazioni nucleari che avvengono all?interno delle stelle e, dopo i fotoni, sono le particelle pi? abbondanti del cosmo. Il nostro pianeta ? ininterrottamente attraversato dal loro flusso: si calcola che in un secondo, solo attraverso la punta di un dito ne passino ben 60 miliardi. Tuttavia essi interagiscono solo molto debolmente con le altre particelle, dunque passano attraverso qualsiasi forma di materia quasi senza lasciare traccia: una caratteristica che li rende estremamente elusivi, al punto che nel progettare gli esperimenti destinati a studiarli ? necessario ricorrere all?utilizzo di dispositivi particolari. Esistono tre tipi di neutrini, chiamati neutrino elettronico, muonico e tauonico. Le evidenze sperimentali ottenute sia con neutrini cosmici che con neutrini prodotti artificialmente, mostrano che essi possono trasformarsi da un tipo all?altro compiendo quella che viene chiamata una ?oscillazione?: un fenomeno di cruciale importanza perch? implica che i neutrini abbiano una massa e che le masse dei tre tipi siano differenti.

?L?esistenza di una massa per queste particelle getterebbe luce su alcuni dei pi? importanti quesiti della fisica moderna,? spiega Roberto Petronzio, presidente dell?Infn, ?ad esempio, l?esistenza della massa dei neutrini potrebbe contribuire a spiegare la cosiddetta asimmetria fra materia e antimateria, cio? la preponderanza di materia nell?Universo a dispetto della coincidenza quasi perfetta delle loro interazioni fondamentali?.

In virt? del fenomeno dell?oscillazione, un fascio di neutrini inizialmente omogeneo intercettato dopo un certo tempo, conterr? al suo interno neutrini di un altro tipo. Gli esperimenti nei Laboratori del Gran Sasso che utilizzano il fascio di neutrini dal Cern potranno dimostrare, in particolare, la trasformazione dei neutrini muonici in neutrini tauonici, fenomeno sinora mai osservato. Al Cern infatti verranno prodotti esclusivamente neutrini muonici, ma 2,5 millisecondi dopo, quando il fascio arriver? al Gran Sasso, dopo aver percorso circa 730 chilometri alla velocit? della luce, i ricercatori si aspettano di captare con i loro esperimenti un piccolissimo numero di neutrini tauonici. In particolare, calcoli teorici prevedono che saranno individuati circa 15 neutrini tauonici sulle molte migliaia di miliardi di neutrini che arriveranno.

Al Cern i neutrini vengono prodotti facendo collidere contro un bersaglio un fascio di protoni opportunamente accelerati. In questo modo si producono particelle chiamate pioni e kaoni, le quali a loro volta decadono generando i neutrini. A differenza delle particelle cariche, i neutrini non sono sensibili ai campi elettromagnetici normalmente utilizzati dai fisici per modificare le traiettorie dei fasci di particelle, di conseguenza una volta prodotti essi proseguiranno il loro cammino in linea retta, attraversando indisturbati le rocce che compongono la crosta terrestre, grazie alla loro propriet? di passare attraverso la materia senza interagire con essa, e mantenendo la direzione che hanno alla ?nascita?. Per questa ragione ? estremamente importante che al momento della sua formazione il fascio punti esattamente verso i Laboratori del Gran Sasso.

Al Gran Sasso i neutrini saranno attesi dall?esperimento Opera e, in prospettiva, dall?esperimento Icarus la cui installazione ? ancora in corso. Il primo ? un gigantesco rivelatore dal peso di 1800 tonnellate, essenzialmente formato da lastre fotografiche alternate a strati di piombo. I pochissimi neutrini tau prodotti nell?oscillazione che interagiranno con gli atomi di piombo, produrranno una particella carica (il leptone tau) di vita media piccolissima, i cui prodotti di decadimento lasceranno tracce nelle emulsioni fotografiche. La ricostruzione di queste tracce consentir? di individuare il leptone tau e, quindi, la presenza nel fascio dei neutrini tauonici. L?apparato Icarus utilizzer? invece come rivelatore 600 tonnellate di argon liquido e i prodotti dell?interazione fra i suoi atomi e i neutrini verranno registrati da una serie di sofisticati sensori immersi nel liquido stesso. ? necessario che gli esperimenti si svolgano presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso perch? questi ultimi sono localizzati sotto circa 1.400 metri di roccia la quale costituisce un efficientissimo schermo contro i raggi cosmici prodotti nell?atmosfera terrestre dalla radiazione cosmica primaria, cio? contro la pioggia di particelle cariche che incessantemente colpisce il suolo e che produrrebbe cos? tanti segnali da coprire il debolissimo effetto delle poche interazioni dei neutrini.

L?esperimento Cngs si inserisce pienamente nel quadro della strategia per la fisica delle particelle tracciata dal Council del Cern per il prossimo decennio, e tradotta in una serie di linee guida approvate lo scorso 14 luglio a Lisbona. L?individuazione di una strategia comune in Europa nell?ambito della fisica nucleare delle particelle, si ? resa necessaria in quanto gli impegni di ricerca in questo settore previsti per il prossimo futuro sono di grandi dimensioni, e dunque sar? pi? che mai necessario il coordinamento tra il Cern e gli Enti di Ricerca e i Laboratori Nazionali. Un esperimento congiunto tra il Cern e i Laboratori Nazionali del Gran Sasso si presenta dunque come l?inaugurazione ideale del ?nuovo corso? approvato a Lisbona.

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