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PREMI NOBEL 2015/ Hanno visto “oscillare” il neutrino e sono stati premiati

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Il premio Nobel 2015 per la Fisica  Il premio Nobel 2015 per la Fisica
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I neutrini atmosferici sono dei neutrini prodotti dai raggi cosmici che interagiscono con le particelle componenti l’atmosfera terrestre. I raggi cosmici arrivano dal Cosmo in modo uniforme da tutte le direzioni e così arrivano sulla Terra da tutte le direzioni. I neutrini prodotti devono quindi avere un andamento simmetrico qualunque sia la direzione dalla quale provengono, in particolare dall’alto e dal basso rispetto ad un rivelatore istallato sulla Terra: il fatto che venendo dal basso attraversino la materia terrestre non fa differenza data la scarsissima probabilità che essi hanno di interagire. C’è però una differenza: la distanza percorsa dai neutrini provenienti dall’alto dal punto della loro produzione nell’atmosfera è decisamente inferiore a quella percorsa dai neutrini che provengono dal basso: la differenza è data in media dal diametro terrestre.

Su questa questione della simmetria alto-basso è stata basata la misura fatta da un esperimento giapponese, Superkamiokande, guidato a quell’epoca da Takaaki Kajita, il secondo premio Nobel 2015. La misura dei flussi operata da Superkamiokande ha evidenziato che il flusso dei neutrini-muonici è decisamente inferiore se proviene dal basso rispetto a quelli provenienti dall’alto. Ciò non avveniva invece per i neutrini-elettronici (il rivelatore non era capace di rivelare i neutrini-tauonici) che evidenziavamo flussi alto-basso simmetrici. Anche in questo caso l’interpretazione era abbastanza diretta: l’oscillazione avviene durante il tragitto dei neutrini; dal basso tale tragitto è maggiore e di conseguenza lo è la probabilità di oscillazione. Da qui il deficit dei neutrini-muonici provenienti dal basso rispetto a quelli provenienti dall’alto. La transizione dovrebbe essere dai muonici ai tauonici essendo simmetrici i flussi degli elettronici .

E dopo? Le osservazioni di SNO e Superkamiokande sono state l’inizio dello studio del fenomeno dell’oscillazione. Bisognava capire vari aspetti del fenomeno, se questo avveniva prevalentemente nel vuoto o nella materia, cosa succedeva per i flussi di neutrini solari di energia molto più bassa di quelli osservati da SNO, quale era la probabilità di oscillazione al variare dell’energia dei neutrini e della distanza “punto di produzione-rivelatore”, ecc.; inoltre era importante avere una prova sperimentale diretta del sapore dei neutrini nei quali oscillavano il neutrino-elettronico e quello muonico. Questi studi sono stati eseguiti nei tre lustri, che sono trascorsi dalle misure di SNO e Superkamiokande, essenzialmente da tre esperimenti: Borexino e Opera nei Laboratori del Gran Sasso e da Kamland in Giappone. In particolare il rivelatore Borexino, tutt’ora in funzione dal Gran Sasso, ha permesso misure mai ottenute prime grazie alla radio-purezza del rivelatore, anch’essa mai ottenuta precedentemente e tutt’ora unica.

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