domenica 26 giugno 2011

Oscillazione dei Neutrini: Nuovi Esperimenti Confermano Esistenza del Fenomeno

Prima di leggere l'articolo del sito dedicato alle Scienze di Repubblica, vogliamo farvi leggere questa legenda per facilitare la lettura:
Neutrino: particella elementare di massa da 100000 a 1 milione di volte inferiore a quella di un elettrone. Non ha carica elettrica ne carica di calore. Interagiscono attraverso la forza nucleare debole e la forza di gravità mentre non sentono l'interazione nucleare forte o la forza elettromagnetica.
Un Leptone: particella sub-atomica che si suddivide in tre famiglie: elettrone, muone e tauone alle quali è associato un particolare neutrino. Le tre famiglie di leptoni si distingue dalla differenza di massa. Il modello standard prevede l'esistenza di una particella molto pesante, nota come bosone di Higgs, che determinerebbe, a seconda dell' interazione con i leptoni, la loro massa.
Quindi, esistono 3 tipi di neutrini: il neutrino elettronico (ipotizzato nel 1930 e scoperto nel 1956), il neutrino muonico ed il neutrino tauonico (teorizzato negli anni '70 scoperto nel 2000).
Il rivelatore di Neutrini: sono grossi silos pieni di Tetracloruro di Carbonio In questi rivelatori un neutrino converte un atomo di cloro in uno di argon. Il fluido viene periodicamente purgato con dell' elio che rimuove l'argon. La quantità di atomi di Ar prodotta viene misurata tramite l'attività radioattiva del gas estratto (l'isotopo 37 dell'argon decade in cloro con un' emivita di 35 giorni). Lo svantaggio di questi rivelatori consiste nel fatto che non è possibile determinare la direzione del neutrino incidente, né la sua energia: l'unica informazione è il flusso medio, per di più su periodi dell'ordine del mese. Fu il rivelatore al cloro di Homestake, Suoth Dakota, contenente 520 tonnellate di CCl4, che rilevò per primo il deficit di neutrini provenienti dal sole e portò al problema dei neutrini solari. Questo tipo di rivelatore è sensibile solo ai neutrini elettronici νe. L'energia di soglia della reazione utilizzata in questi rivelatori (la minima energia che il neutrino incidente deve possedere per essere rivelato) è pari a 814 keV.
Esistono poi rivelatori al Gallio, per neutrini di massa più limitata.
Quelli ad Acqua pura con rilevatori luminosi dove il neutrino trasferisce parte della sua energia ad un elettrone, che in seguito all'urto si muove più velocemente di quanto faccia la luce in acqua (ma in ogni caso non più velocemente della luce nel vuoto). Questo genera una emissione ottica (in luce visibile), conosciuta come radiazione Cherenkov che può essere rivelata dai tubi fotomoltiplicatori. Questo rivelatore ha il vantaggio che il neutrino viene registrato in tempo reale ed è possibile raccogliere informazioni sulla sua traiettoria, andando a costruire una vera e propria mappa del cielo visto in neutrini.
Rivelatori ad Acqua pesanti che intercettano i neutrini utilizzando lo stesso principio a rilevazione fotomoltiplicatrice dei rivelatori ad acqua pura ed in più controllano il decadimento del Deuterio causato dai neutrini che poi spezza l'atomo del deuterio stesso.
Con questi sistemi è stata avviata la ricerca per gli anti neutrini dal 2006.
Oscillazione dei Neutrini: si riferisce al fenomeno dei neutrini che oscillano come se avessero differenti sapori, nel senso che gli autostrati dei sapori sono definiti da una funzione d'onda che produrrà un leptone carico di un particolare tipo (leptone elettronico, muonico o tauonico) che interagisce con un bosone W, ed un neutrino prodotto come uno di questi autostati si comporterà come una sovrapposizione di differenti autostati di sapore con un rapporto di proporzioni che varia periodicamente.

Per esempio il modello solare standard predice che i neutrini elettronici vengono prodotti durante le reazioni di fusione che avvengono nel nucleo solare. Se questi neutrini interagiscono immediatamente con un bosone W, possono produrre muoni per il 50% del tempo ed elettroni per l'altro 50% (in conseguenza della natura statistica intrinseca delle interazioni quantiche).

Subito dopo questi neutrini possono ritornare ad essere dei neutrini elettronici puri e produrranno elettroni al 100% (questi numeri non sono particolarmente precisi!).

Il periodo di oscillazione è piuttosto piccolo ma poiché i neutrini viaggiano generalmente a velocità prossime a quelle della luce, la distanza che coprono durante un'oscillazione può essere piuttosto lunga.

Quindi ecco l'articolo:

La trasformazione di neutrini muonici in neutrini elettronici, un fenomeno ritenuto estremamente raro, è stato scoperto dai ricercatori del Fermi National Accelerator Laboratory nell'ambito dell'esperimento Main Injector Neutrino Oscillation Search (MINOS).

Il risultato è coerente con quello ottenuto 10 giorni fa nell'ambito dell'esperimento giapponese Tokai-to-Kamioka (T2K), che ha fornito un'indicazione per questo tipo di trasformazione. Insieme, i due risultati potrebbero avere notevoli implicazioni per la nostra comprensione del ruolo rivestito dai neutrini nell’evoluzione dell’universo. Se i neutrini muonici si trasformano in elettronici, queste sfuggenti particelle potrebbero spiegare uno dei più grandi misteri della fisica e della cosmologia, quello che riguarda l’enorme prevalenza della materia sull’antimateria osservabile nell’universo attuale.

L’esperimento MINOS in particolare ha registrato un totale di 62 eventi di trasformazione: se il processo non si verificasse, gli eventi osservati dovrebbero essere al massimo 49. Per contro, se la frequenza della trasformazione fosse quella prevista sulla base dei risultati dell’esperimento T2K gli eventi dovrebbero essere almeno 71.

Per misurare l’evento, nell’ambito dell’esperimento MINOS viene proiettato un fascio di neutrini muonici a 735 chilometri di distanza attraverso la Terra, dal Main Injector accelerator del Fermilab verso un rivelatore di neutrini da 5000 tonnellate posto a 800 metri di profondità presso il Soudan Underground Laboratory, nel Minnesota.

L’esperimento utilizza due rivelatori quasi identici: il rivelatore del Fermilab è utilizzato per controllare la purezza del fascio di neutrini muonici, mentre quello del Soudan è utilizzato per la ricerca dei neutrini elettronici e muonici. Per coprire il tragitto dal Fermilab al Soudan, i neutrini impiegano quattro centesimi di secondo, lasciando ai neutrini abbastanza tempo per cambiare le loro identità.

L’osservazione degli eventi nel rivelatore del Soudan permette ai ricercatori del MINOS di ottenere informazioni sulla quantità sin^2 2 theta-13 (seno al quadrato-due-theta-uno-tre). Se i neutrini muonici non si trasformassero in neutrini elettronici, tale quantità sarebbe nulla. L’intervallo di valori permesso dall’ultima misurazione di MINOS si sovrappone a quella del T2K ma è più limitata. MINOS retringe tale range a 0-0,12, migliorando i risultati ottenuti dallo stesso esperimento su un insieme di dati più limitato nel 2009 e nel 2010. Il range ottenuto da T2K è tra 0,03 e 0,28.

“MINOS dovrebbe essere più sensibile alla trasformazione”, ha commentato Robert Plunkett, fisico del Fermilab e portavoce dell’esperimento MINOS. “Sembra che la natura abbia scelto un valore di sin^2 2 theta-13 che probabilmente è spostato verso i valori inferiori nel range permesso. Per confermare i risultati occorreranno ovviamente altre misurazioni”. (fc)

Chiunque abbia capito anche il 10% di quello che è stato scritto mi contatti via mail.
Grazie.

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