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0108. Come avviene fisicamente l'oscillazione dei neutrini?

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 Come avviene fisicamente l'oscillazione dei neutrini? (Gianpaolo Mangia)


sem_esperto_verdePer capire come avviene l'oscillazione del neutrino icona_approfondimento icona_approfondimento è utile fare un paragone utilizzando lo spettro visibile icona_approfondimento. Sappiamo che, se i recettori del nostro occhio sono colpiti allo stesso tempo da una luce blu e una luce gialla, noi vediamo una luce verde. Quello che noi osserviamo è il verde ma le luci originali sono il blu e il giallo. Se la percentuale di giallo è superiore a quella del blu noi vediamo un "verde pisello"; se viceversa la percentuale di blu è maggiore vediamo un "verde marcio". Chiameremo il "verde pisello" e il "verde marcio" OSSERVABILI, mentre il giallo e il blu originali li indichiamo come AUTOSTATI. Qualcosa di simile avviene, ovviamente in modo quantistico, nella cosiddetta oscillazione del neutrino, già ipotizzata dal fisico italiano Bruno Pontecorvo icona_biografia negli anni 50 dello secolo scorso. I neutrini sono dotati di un numero quantico icona_glossario , detto sapore icona_fumetto , del quale ci sono tre varietà: neutrino elettrone, neutrino mu, neutrino tau.

Fino a qualche anno fa tutte le evidenze sperimentali mostravano che, in nelle interazioni che coinvolgono il neutrino, il numero di neutrini aventi un certo sapore era sempre conservato. Recenti esperimenti hanno invece messo in evidenza un fenomeno concettualmente simile a quanto sopra descritto per la luce. Prendendo in considerazione per semplicità solo due sapori, cioè neutrino elettronico icona_glossario

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questi due neutrini sono gli OSSERVABILI. A monte di essi ci sono due neutrini originali, che corrispondono a due stati di massa diversi, chiamiamoli neutrino 1 e neutrino 2. Questi due stati di massa sono gli AUTOSTATI. Quindi una sovrapposizione di neutrino 1 e neutrino 2 con certe percentuali, diciamo per esempio pa e pb, genera l'osservabile neutrino elettronico, mentre la sovrapposizione degli stessi due stati di massa, ma con percentuali diverse, diciamo pc e pd, produce l'osservabile neutrino muonico.

Consideriamo ora i neutrini emessi dalle reazioni che avvengono nel nostro Sole. Immaginiamo che all’origine vengano emessi neutrini elettroni. Poiché il neutrino 1 e il neutrino 2 (che per sovrapposizione costituiscono il neutrino elettrone) hanno masse non nulle e diverse fra loro, essi hanno velocità diverse, quindi man mano che si avvicina alla Terra, nel flusso di neutrini emessi dal Sole aumenta la componente a massa più piccola, diciamo neutrino 1, e diminuisce quella a massa maggiore, diciamo neutrino 2. Le due percentuali di conseguenza cambiano: pa aumenta e pb diminuisce avvicinandosi ai valori di pc e pd. Il risultato è che il flusso di neutrini che vengono emessi dal Sole, che inizialmente è costituito da soli neutrini elettroni, ora diventa una miscela di neutrini elettronici e neutrini muonici. Questo ora descritto è il fenomeno noto come oscillazione del neutrino. Una sovrapposizione con percentuali diverse degli stati di massa porta ad un’alterazione della composizione del fascio del neutrino in funzione della distanza dalla sorgente.

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Lo stesso fenomeno che abbiamo descritto in connessione al viaggio dei neutrini nel vuoto dell'Universo fra il Sole e la Terra (oscillazione nel vuoto), può avvenire anche nella materia solare prima che i neutrini abbandonino il Sole, a causa dei modi diversi con i quali il neutrino 1 e il neutrino 2 interagiscono con le particelle della materia (oscillazione nella materia). Quest'ultimo tipo di oscillazione porterebbe ad un'alterazione, seppur molto piccola del flusso anche fra il giorno e la notte, in quanto di notte i neutrini solari devono attraversare la Terra per raggiungere il rivelatore, cosa che di giorno non avviene e quindi subiscono un processo di oscillazione attraverso la materia terrestre (effetto giorno/notte).

Gianpaolo Bellini – Fisico

Nota redazionale SxT Molti esperimenti sono in corso e altri in preparazione in tutto il mondo per studiare questi processi. Nel laboratorio sotterraneo dell’INFN icona_linkesterno al Gran Sasso icona_linkesterno fisici di tutto il mondo stanno preparando tre nuovi enormi rivelatori dai nomi esotici: Borexino, OPERA icona_linkesterno , e Icarus che nei prossimi anni chiariranno i molti misteri che ancora circondano i neutrini. La foto mostra l’apparato da 300 tonnellate di liquido scintillatore visto da 2200 rivelatori fototubi dell’esperimento borexino.



 

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