SCIENZAinDIRETTA/ Premi Nobel per la Scienza 2015 – FISICA – Cosa c’è di interessante per tutti

La scoperta delle oscillazioni dei neutrini che ha dimostrato che essi hanno massa, in contrasto con la previsione del Modello Standard, ha aperto una nuova via per la ricerca fisica.

08.12.2015 - Leonardo Malgieri
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Takaaki Kajita, fisico giapponese dellOsservatorio Super- Kamiokande (Super-K) e Arthur B. McDonald, fisico statunitense del Sudbury Neutrino Obsevatory (SND)

for the discovery of neutrino oscillations, which shows that neutrinos have mass” 

Il Premio Nobel 2015 per la Fisica è stato assegnato congiuntamente a Takaaki Kajita (1959- ) e ad Arthur B. McDonald (1943- ) «per la scoperta delle oscillazioni dei neutrini, che dimostra che i neutrini hanno massa». Questo premio e questa motivazione potrebbero sembrare a prima vista qualcosa di interesse per i soli addetti ai lavori. Un contenuto che può aver qualcosa da dire solo a chi lavora nel settore.
Così non è. Può essere interessante per tutti confrontarsi con il contenuto della scoperta che i neutrini oscillano e per questo hanno massa. Occorre provare a farsi un’idea di cosa siano i neutrini, cosa voglia dire che oscillano, e cosa avrebbe a che fare questo con la loro massa.
Partendo dai neutrini. I neutrini sono uno dei mattoncini fondamentali dell’Universo. Per semplificare si potrebbe dire che l’Universo è come un grande castello di Lego, fatto da varie tipologie di pezzi base. Bene: i neutrini sono uno di questi. Chiaramente ce ne sono altri, e sono rappresentati tutti assieme nel «libretto delle istruzioni dei Lego», dov’è racchiuso «quali sono i pezzi a disposizione e come interagiscono tra loro». Il libretto dei Lego è, fuor di metafora, lo sperimentalmente verificato Modello Standard.
A questo punto, dire che un neutrino oscilla, non vuol dire che esso si muova come il sediolino di un’altalena. Cosa invece oscilla, cioè varia periodicamente, è una proprietà fondamentale del neutrino, il suo cosiddetto «sapore». Il sapore, (nonostante il nome evochi un’associazione con il gusto) è una proprietà generale del neutrino che, nell’analogia dei Lego, potrebbe essere paragonata al colore di ciascun mattoncino. Così come i neutrini possono solo essere di tre sapori (elettronico, muonico e tauonico), possiamo immaginare che i mattoncini Lego dell’Universo che corrispondono ai neutrini possano essere solo di tre colori, per esempio rossi, verdi e blu. Bene: scoprire allora che il sapore dei neutrini oscilla è come scoprire che l’Universo è una grande costruzione Lego in cui i mattoncini incredibilmente cambiano di continuo colore!
Certo, «vedere» un Lego che cambia colore non è così facile come «cogliere in flagrante» un neutrino che cambia sapore. I neutrini non si possono vedere con gli occhi come i Lego, ma si può rivelarne la presenza e misurarne le proprietà. Non è facile perché i neutrini attraversano tutta la materia praticamente indisturbati, lasciando piccolissime tracce della loro presenza e del loro passaggio. Basti pensare che ogni secondo un uomo è attraversato senza conseguenza alcuna da circa quattrocentomila miliardi di neutrini provenienti dal Sole!
[A sinistra: Il Super-K si trova nella miniera di Kamioka in Giappone]
E questo è anche il motivo per cui sono enormemente complessi gli esperimenti SNO (Sudbury Neutrino Observatory) e Super-K (Super-Kamiokande Observatory), di cui i corrispettivi coordinatori Arthur B. McDonald e Takaaki Kajita sono stati insigniti appunto del Premio Nobel.
[A destra: Rivelatore del SNO. Questo laboratorio è posto nella miniera di Creighton, nelle vicinanze di Sudbury nell’Ontario (Canada)]
Il legame tra l’oscillazione dei neutrini e la loro massa è ancora più sorprendente. Senza entrare in complessi ragionamenti di Fisica quantistica si potrebbe sintetizzare la relazione utilizzando la precedente metafora dei Lego.
Il punto fondamentale è che se i Lego-neutrini possono cambiare colore (sapore, fuor di metafora), allora non possono avere massa necessariamente nulla come il Modello Standard prevede. La ragione di ciò è che i neutrini non possono avere contemporaneamente definiti sapore e massa, per una ragione simile a quella per cui non possono avere contemporaneamente definite posizione e velocità. Insomma, nel Modello Standard c’è qualcosa che non torna.
Tra i premi Nobel per la Fisica dal 1969 al 2014, ben dodici hanno riguardato la Fisica delle particelle, cioè il Modello Standard, sei per contributi teorici e sei per contributi sperimentali.
Il 2015 ha portato con sé un’ulteriore novità. Una novità che è una domanda: se il Modello Standard così com’è, ha delle imperfezioni, probabilmente è da ripensarsi in un quadro ancora più ampio, di cui il Modello Standard attuale è un angolo particolare? In effetti questo è proprio del metodo con cui procede la scienza: l’arrivo a una certezza conquistata spalanca una domanda più ampia.
E interessa tutti. Perché ci invita a chiederci cosa voglia dire «conoscere».

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Leonardo Malgieri
(Laureato in Fisica Teorica presso l’Università degli Studi di Milano, specializzato nelle particelle del Modello Standard. Attualmente è consulente strategico per aziende di differenti dimensioni e settori)

© Pubblicato sul n° 59 di Emmeciquadro

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