Breve storia del neutrino

4. La scoperta del neutrino

di Paolo Lenisa

 

La prima evidenza sperimentale del neutrino costituisce una delle ricerche più estenuanti e lunghe della storia della fisica moderna. Come menzionato, ci fu addirittura chi, come Hans Bethe (premio Nobel per la fisica nel 1964) aveva dichiarato che non ci fosse modo in pratica di osservare un neutrino.

 

Reines e Cowan nella sala controllo del loro esperimento

Reines e Cowan nella sala controllo del loro esperimento

 

E’ effettivamente vero che un singolo neutrino attraversa la materia praticamente senza interagire, ma se i neutrini fossero stati tanti e l'osservazione si fosse protratta per un lungo tempo, si sarebbe potuto sperare che almeno uno di essi venisse catturato ed identificato. Il problema era quello di reperire una sorgente di neutrini sufficientemente intensa. Dopo varie ipotesi gli scienziati americani Frederich Reines icona_minibiografia e Clyde Cowan montarono nel 1953 un rivelatore di grandi dimensioni (per quel tempo) nei pressi del reattore nucleare a fissione del Savannah River icona_linkesterno nel South Carolina. L’esperimento faceva parte di quello che avevano battezzato “Progetto Poltergeist” dato che l’impalpabilità del neutrino lo rendeva simile ad un fantasma.

sxt rivelazione neutrino

In un reattore nucleare a fissione i nuclei di uranio si dividono in frammenti più piccoli, liberando neutroni. Questi neutroni liberi decadono in protoni ed emettono antineutrini (l’antiparticella del neutrino). Tipicamente un reattore nucleare emette nell’ambiente circostante 10000 miliardi di antineutrini al secondo per centimetro quadrato. Se questi antineutrini transitando nel rivelatore interagiscono con i protoni presenti, questi espellono positroni e si trasformano in neutroni. In verità, a quel tempo, Cowan e Reines erano ignari della distinzione tra neutrino ad antineutrino, ma sapevano che se i neutrini fossero esistiti, per la conservazione della carica elettrica, i prodotti della reazione avrebbero dovuto essere un neutrone ed un positrone (cioè un anti-elettrone). Il positrone appena formato, incontrando un elettrone, si annichila originando due raggi gamma. Il rivelamento di questa radiazione rappresenta il primo segnale della reazione. Un secondo segnale deriva dalla cattura del neutrone appena formato dal nucleo di un atomo particolare, che assorbe il neutrone ed emette fotoni di una precisa energia. Questi due segnali uno successivo all’altro, separati da un ben preciso intervallo temporale, costituiscono la firma inconfondibile di una reazione originata da un neutrino.

Il rivelatore costruito dai due ricercatori conteneva una grande quantità d'acqua, le cui molecole sono ricche di protoni, nella quale era sciolto del cloruro di cadmio, che aveva il compito di catturare i neutroni. All'esterno vi erano apparecchi capaci di rivelare la presenza di raggi gamma e di determinarne energia e direzione. Nel 1956, venne annunciato l'avvistamento del primo antineutrino concludendo una caccia durata 25 anni.

Sembra che quando Reines ricordò a Bethe la frase pronunciata molti anni prima, questi replicò: “Beh, non dovresti credere a tutto ciò che leggi!”.

Clyde Cowan morì nel 1974, Frederick Reines per il suo lavoro sulla fisica del neutrino venne insignito del premio Nobel per la Fisica nel 1995, premio che, a detta di molti, avrebbe dovuto essere assegnato parecchi anni prima.

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