Tutti a caccia dei neutrini

Il Giornale Online
Oltre all'esperimento Opera, molti altri scienziati stanno studiando le sfuggenti particelle. Facciamo un tour tra Giappone, Usa, Francia e Corea del Sud

di Giorgia Scaturro

Più veloci della luce si, più veloci della luce no… Mentre la suspence sta facendo tremare il Gran Sasso e il team di Opera, almeno altri 30 laboratori scientifici ai quattro angoli della Terra – e ma anche sotto – stanno conducendo minuziosamente la loro corsa al neutrino. Come è nato l’Universo? Perché si è riempito di materia? E come ha fatto la materia a prevalere sull’antimateria? Se la fisica dei neutrini può aiutare a comprendere come sia nato il tutto primordiale, noi di Wired.it vi portiamo a dare un’occhiata tra i cantieri di alcuni importanti esperimenti, a vedere come stanno andando le cose tra i fisici più determinati a scoprire I segreti dell’Universo.

Dopo i fotoni, che compongono la luce, i neutrini sono le particelle più abbondandi nell’Universo, eppure questi interagiscono tra loro così raramente con la materia che sono difficili da intercettare e quindi da studiare. Gli scienziati stanno cercando di comprendere le curiose proprietà dei neutrini, concentrando queste particelle in fasci che vengono sparati a lunghe distanze e analizzati attraverso particolari rivelatori. Molti studi si concentrano sulle oscillazioni dei neutrini, ovvero sulle trasformazioni che avvengono da un tipo ad un altro (o meglio da un sapore ad un altro, come si dice in fisica) durante il percorso del fascio e si studiano i rapporti tra le masse di queste particelle piccolissime.

L’estate porterà un’ondata di nuovi dati sui neutrini in vari parti del globo, intanto però il countdown è già iniziato in Giappone: alla mezzanotte del 5 marzo ripartirà l' esperimento T2k, un fascio di neutrini sparato per 295 chilometri dall’acceleratore di J-PARC di Tokay fino a Kamioka, dove si trova uno dei piu illustri rivelatori, il leggendario Super-Kamiokande http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/whatsnew/new-20100225-e.html
A quasi un anno dal terremoto che ha devastato l’arcipelago nipponico il team internazionale del T2k potrà riprendere gli esperimenti interrotti sull’oscillazione dei neutrini e in particolare su un terzo tipo di oscillazione – verificata ma ancora da confermare al 100% – ovvero la trasformazione del neutrino mu in neutrino elettronico. Questo esperimento, ci spiega David Wark, direttore del Dipartimento di fisica delle particelle del Rutherford Appleton Laboratory in Gran Bretagna, potrebbe spiegare il mistero del perché nell’Universo ci sia materia e confermare che la ragione sono proprio I neutrini e le loro trasformazioni.

“Siamo tornati! – dice Wark – Solo in Giappone si può avere un terremoto di magnitudine 9 e riprendere le attività appena pochi mesi dopo. Abbiamo risolto i piccoli danni che si erano verificati con il terremoto e avremo un fascio di neutrini più intenso. Lo scorso anno avevamo visto apparire 6 neutrini elettronici da un fascio di neutrini muenici ma i numeri non erano sufficientemente convincenti.
Ci servono più informazioni statistiche – incalza Ward – cercheremo ora di collezionare più dati possibili e faremo di tutto per presentare i primi risultati già agli inizi di giugno a Kyoto, alla conferenza Neutrino 2012, dove speriamo di poter confermare l’ osservazione che avevamo fatto prima di essere colpiti dal terremoto”. “Una volta che abbiamo dimostrato che da un fascio di neutrini muonici possiamo arrivare ad avere neutrini elettronici possiamo compiere un esperimento successivo e osservare le differenze tra un fascio di neutrini ed un fascio di antineutrini, per spiegare la composizione di materia e di antimateria che abbiamo nell’Universo” , ribadisce Franscesca Di Lodovico, docente di Fisica sperimentale delle particelle alla School of Physics and Astronomy di Londra, Queen Mary, nel team di T2k.

L’italia, con l’ Istituto nazionale di fisica nucleare, responsabile anche dell'esperimento Opera, è coinvolta nell’esperimento giapponese dagli inizi. Ha contribuito in modo fondamentale al sistema tracciante, abbiamo avuto la grossa idea di usare un magnete per vedere come curvano le particelle cariche provenienti dall'interazione dei neutrini con il rivelatore. “Questa trovata si è rivelata la base per l’ingegneria del rivelatore del T2k – sottolinea Di Lodovico – Quelli di giugno saranno i primi dati di T2k dopo il terremoto speriamo che le nostre prime osservazioni si rivelino corrette ma siamo positivi perché anche altri studi sembrano giá confermarle”.

Più che incrociare le dita nel caso degli esperimenti, occorre incrociare risultati. C’è quindi grande attesa per il Nova Neutrinus Experiment , un altro esperimento molto importante che studierà la gerarchia tra le masse dei neutrini e l’ origine della simmetria tra la materia e l’antimateria che formano l’Universo. L’esperimento Nova è composto da un ” rilevatore vicino” ( near detector) di 200 tonnellate presso il Fermilab di Batavia in Illinois (che prima di chiudere il Tevatron a settembre possedeva il secondo più potente acceleratore di particelle del mondo, dopo l’Lhc di Ginevra) e un ” rivelatore lontano” ( far detector) di 15mila tonnellate, che si trova sul fiume Ash in Minnesota al confine con il Canada. Il fascio di neutrini sarà sparato tra questi due rivelatori distanti oltre 800mila chilometri. “Avere due rivelatori è la chiave per far funzionare l’esperimento. Abbiamo fatto molti sforzi per far si che siano assolutamente identici l’uno all’altro cosi, anche se ci saranno errori in uno dei due rivelatori, fintantoché anche l’altro farà lo stesso non influenzeranno il risultato finale – ci spiega Mark Messier, portavoce del progetto Nova (costo: 280 milioni di dollari), confermandoci che la costruzione del secondo rivelatore http://www.youtube.com/user/fermilab#p/u/2/4bNwHizbWkM sta andando secondo la tabella di marcia.

“Cominceremo a prendere i primi dati dal rivelatore parziale nell’ estate del 2013 e l’intera costruzione dovrebbe essere completata a gennaio 2014. Per sei anni misureremo sia neutrini che antineutrini arrivando a un risultato veramente unico sulla gerarchia delle masse, perché il FermiLab è una fonte molto intensa e ha un fascio di neutrini di lunga distanza. Nel 2020 poi pensiamo di andare oltre l’esperimento Nova – ci anticipa Messier – allungheremo il fascio dal FermiLab a una miniera in Sud Dakota e questo studio ( Long Baseline Neutrinos Experiment dal costo di circa 1 miliardo di dollari, nda) dovrebbe arrivare a verificare se I neutrini violino la simmetria della materia e dell’antimateria”.

La fisica delle particelle è un campo complesso, dove le vittorie si possono cantare solo dopo lunghe verifiche, come Opera ci ha insegnato http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2011/PR19.11E.html
Così i dati di T2k e Nova troveranno ulteriore sostegno dai risultati di esperimenti sull’oscillazione dei neutrini che si stanno conducendo con reattori nucleari in Francia con il progetto Double Chooz e in Sud Corea con Reactor Experiment for Neutrino Oscillations (Reno). Per entrambi la corsa è ormai all’ultimo sprint visto che I risultati sono attesi per quest’estate. A giugno saranno anche finalmente utlimati gli ultimi due rivelatori dell’attesissimo esperimento Daya Bay, sotto le montagne che circondano I sei reattori nucleari di Guangdong a Sud della Cina.

“La costruzione dell’esperimento è quasi completa – ci conferma William Edwards, Project Manager del Lawrence Berkeley National Laboratory – a oggi abbiamo installato sei degli otto rivelatori nelle tre stanze sotterranee dell’esperimento. Da settembre stiamo raccogliendo dati presso i due rivelatori di antineutrini nell’area vicina alla sorgente di Daya Bay per valutare la loro prestazione e dimostrare quanto questi siano identici”, spiega Edwards. “So far so good , per ora tutto bene – ci dice soddisfatto, annunciando che presto pubblicheranno la loro prima relazione – Quando gli altri due rivelatori saranno completati li istalleremo nell’ area distante dalla sorgente e per la fine dell’estate cominceremo a raccogliere dati. Il set completo di rivelatori ci consentirà di effettuare misurazione con una sensibilitá mai ottenuta da altri rivelatori e potremo comparare le diverse velocità di antineutrini”.

L’unione fa la forza. “Nella scienza per verificare che un effetto sia reale bisogna ripetere gli esperimenti in vari modi. Comparando dunque I risultati di T2k, Nova e quelli dei reattori nucleari saremo giá in grado di vedere se l’oscillazione di neutrini e antineutrini sono le stesse e avere informazioni preziose sull’universo – dice David Wark – per convincersi che una tesi è giusta la parola chiave è riproducibilità”. Ebbene allora prepariamoci all’estate, continueremo a seguire la corsa dei neutrini.

Fonte: http://daily.wired.it/news/scienza/2012/02/29/neutrini-esperimento-t2k-universo-13272.html

Tutti a caccia dei neutrini ultima modifica: 2012-02-29T12:38:30+00:00 da Richard
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Richard

Noi siamo l'incarnazione locale di un Cosmo cresciuto fino all'autocoscienza. Abbiamo incominciato a comprendere la nostra origine: siamo materia stellare che medita sulle stelle. (Carl Sagan)