Due docce fredde per i fisici sono arrivate in settimana. La prima arriva da LHC: i dati da urlo arrivati a dicembre si dimostrano essere delle fluttuazioni statistiche del rilevatore e non vengono confermati. La seconda è ancora più gelata vista la provenienza: IceCube (l’osservatorio immerso nei ghiacci antartici) non ha rilevato niente di nuovo sul “Neutrino Sterile”.

Oggi vogliamo concentrarci sui risultati di quest’ultimo esperimento, pur non trascurando le novità provenienti da LHC, e attraverso le parole di un protagonista appartenente allo staff di IceCube mostreremo come i risultati siano tutt’altro che catastrofici.

La caccia a questa particella va avanti da decenni: a Los Alamos, nel 1990, attraverso una rilevazione anomala si ipotizzò la presenza di questo neutrino, chiamato così per l’incapacità di interagire con la materia.

Delle proprietà scientifiche di questa particella abbiamo parlato con David Jason Koskinen, assistente professore di fisica teorica e cosmologia alla Niels Bohr International Academy, lo scienziato danese ha collaborato alla stesura dei risultati di IceCube pubblicati da Physical Review Letters.

“Ci sono differenti modelli e ipotesi sulle proprietà del neutrino sterile. Alcuni modelli presentano questa particella come più pesante o simile in massa al protone, mentre altre teorie hanno neutrini sterili piuttosto leggeri, ad esempio 50000 volte più leggero rispetto dell’elettrone. I risultati di IceCube hanno soltanto provato il tipo di massa inferiore per il neutrino sterile. La ricerca di neutrini pesanti è in gran parte motivata perché a ~ 1 energie keV (1000 elettronvolt) un neutrino sterile potrebbe essere un candidato per lo studio della materia oscura fredda che compone ~ 25% dell’energia dell’universo. Ad 1 GeV (1×10 ^ 9 volt di elettroni) di massa, un neutrino sterile sarebbe un candidato per la produzione di una piccola differenza nel rapporto materia / antimateria nell’universo”.

I risultati dello strumento sono inequivocabili: “Indeboliscono la possibilità circa l’esistenza di un neutrino sterile volto a spiegare alcune anomalie provenienti dagli altri esperimenti sull’oscillazione del neutrino”.

L’importanza di questa tipologia di neutrino ci è stata testimoniata anche da Joseph Formaggio, professore associato di fisica all’MIT di Boston: “Confermando l’esistenza del neutrino sterile ci sarebbe un capovolgimento della nostra comprensione della fisica delle particelle. Al contrario, la mancanza di questa particella sarebbe una testimonianza della solidità del nostro modello sulle particelle sub – atomiche. La ricerca sperimentale per lo studio di queste nuove particelle è molto importante se vogliamo comprendere la validità dei nostri modelli di fisica”.

I teorici si aspettavano un dato nettamente opposto al “non-risultato”ottenuto, dato che i valori anomali nel modello standard sono spiegabili con l’aggiunta di questa particella.

IceCube ha analizzato migliaia di neutrini arrivati a collidere con il rilevatore sotto i ghiacci dopo essere entrati nell’atmosfera.

La scelta di posizionare uno strumento in quest’ambiente dipende dalla possibilità di suscitare eventi di collisione tra i neutrini e gli atomi che compongono il ghiaccio antartico, questi scontri rivelerebbero altre particelle osservabili con gli strumenti di IceCube. I dati raccolti serviranno anche a scoprire misteri legati all’origine dei raggi cosmici, della supersimmetria, delle particelle massicce debolmente interagenti (WIMP).

STORIA DELLA CACCIA AI NEUTRINI

Ad oggi in natura si conoscono tre tipologie di neutrino: elettronico, muonico e tauonico, moltissimi sono gli esperimenti che stanno lavorando su questa tipologia di particelle.

I neutrini, secondo i primi approcci teorici, furono immaginati senza alcuna massa. La scoperta dell’esistenza dei tre tipi di neutrino nel 1998 cambiò il panorama teorico intorno alle particelle. Data la loro oscillazione si evinse che le particelle avevano una massa, e ai due scienziati, Takaaki Kajita e Arthur B. McDonald, nel 2015 toccò il premio Nobel per la Fisica grazie alla scoperta. Il primo a ipotizzare il fenomeno dell’oscillazione fu il fisico italiano Bruno Pontercorvo nella seconda metà degli anni ’50. Il panorama attuale sta speculando molto sulla fisica neutrinica, in particolare sono molteplici le ricerche sui neutrini sterili, chiamati così per l’incapacità di interagire con la materia.

L’importanza di questa tipologia di particella è dovuta al fatto che molti teorici la identificano come un passo importante per capire l’origine della massa del neutrino.

I risultati raccolti da LHC e da IceCube sono comunque utili: “Non vedo i risultati di IceCube come nulli, nemmeno i risultati provenienti dal Cern sono una completa delusione. L’universo è sorprendente e continua ad avere un numero incredibilmente vasto di domande ancora senza risposta per l’umanità, potrebbe essere deludente che le belle macchine  costruite non sono l’accesso a tutti i nuovi misteri della fisica , ma questo significa solo che tutto ciò che è là fuori ( materia oscura , nuove particelle , ecc ) è potenzialmente più esotico di ciò che siamo stati in grado di pensare”.

Forse, come ci ha anche ricordato il fisico del Niels Bohr Institute, esiste la teoria giusta ma non ancora è stata imboccata la direzione esatta nelle sperimentazioni.

Gli errori per gli scienziati hanno sempre rappresentato una sorta di benedizione, infatti: “ I due risultati migliorano in modo inequivocabile la ricerca scientifica. L’ignoranza è una cosa terribile, e quindi escludendo le anomalie come le firme della nuova fisica si può salvare i ricercatori internazionali da un sacco di tempo sprecato dedicato nella caccia a questi fantasmi”.

Anche il fisico dell’MIT è stato chiaro riguardo i risultati dei due esperimenti: “Sia l’LHC che le misure recenti di IceCube dimostrano l’importanza di osservare. Anche senza trovare qualcosa di enorme valore”. Tuttavia il fisico sperimentale è più positivo sul futuro della caccia al neutrino sterile: “C’è una serie di esperimenti esistenti e in fase di sviluppo in tutto il mondo, che può  cercare il neutrino sterile ( DUNE negli Stati Uniti , SOX in Italia , Prospect negli Stati Uniti , solo per citarne alcuni). La ricerca continua!”.

Di esperimenti a caccia di neutrini, in particolare di quelli sterili, c’è ne sono in costruzione in ogni angolo del pianeta. Tempo fa vi avevamo parlato di Hyper-Kamiokande, anche a Daya Bay si cercano, e come ci ha spiegato Koskinen: “Vi è una proposta di esperimento , il “Search for Hidden Particles” (SHiP) progettato per essere costruito al CERN , con l’obiettivo di esplorare un tale classe di neutrini sterili pesanti”.

La prospettiva più chiara venuta fuori da queste due apparenti delusioni è quella di continuare la ricerca: “Trovare quello che stai cercando a volte può essere la fine del viaggio, ma non rintracciare quello che stai cercando porterà a trovare qualcosa di nuovo”, ovviamente noi insieme a tutta la comunità scientifica siamo pronti.

Gianluigi Marsibilio

Crediti foto: Erik Beiser, IceCube / NSF