Misurare la Massa dei Neutrini secondo il fisico Joseph Formaggio

La base scientifica di IceCube, dove i dati raccolti dai rivelatori vengono raccolti e analizzati. (Photoredit: Felipe Pedreros, IceCube/NSF).

Ogni secondo il nostro corpo è attraversato da trilioni di neutrini. Come è noto, queste particelle hanno una massa così piccola che è difficilissimo misurarla, senza contare che, interagendo molto debolmente con la materia ordinaria, passano del tutto indisturbati attraverso i corpi. Fin dal suo arrivo al MIT nel 2005 come Professore Associato di Fisica, Joseph Formaggio ha dedicato le sue energie alla ricerca di nuovi metodi per misurare la massa di queste elusive particelle. Catturare quel valore, capire se neutrini ed antineutrini sono la stessa cosa oppure no, significherebbe non solo raffinare ulteriormente il Modello Standard della fisica alle alte energie che, ad oggi, prevede 16 tipi di particelle, neutrini inclusi, ma soprattutto perché è la materia (e non l’antimateria) a dominare l’Universo, pur essendosi formate in quantità speculari subito dopo il Big Bang. 

“Ci sono grandi domande a cui non abbiamo ancora risposto, tutte incentrate intorno a questa piccola particella. Non è solo questione di misure e numeri: si tratta davvero di comprendere la natura dell’equazione che spiega la fisica delle particelle”, afferma Joseph  Formaggio. Lo studioso è nato a New York. Figlio di immigrati italiani, ha studiato fisica a Yale  e dopo la laurea ha iniziato subito a lavorare ad un progetto di ricerca sulle interazioni nucleari al Fermilab. Una volta conseguito il PhD alla Columbia, ha iniziato ad interessarsi della materia oscura e ha partecipato ad esperimenti concernenti la massa dei neutrini presso il Neutrino Observatory Sudbury (SNO), un laboratorio situato in una miniera di nickel canadese 6.800 metri sotto terra.

Una svolta nella sua carriera si ebbe con la scoperta del fenomeno dell’oscillazione dei neutrini. Proprio gli esperimenti SNO hanno rivelato che i neutrini hanno tre sapori e che ciascuno può trasformarsi nell’altro durante i loro lunghi viaggi. Se i neutrini cambiano sapore allora hanno massa. Questo fu un grande cambiamento nel modus operandi dei fisici, soprattutto perché il Modello Standard vorrebbe i neutrini privi di massa. Il fatto che abbiano massa non significa che il Modello Standard sia sbagliato, ma che c’è qualcosa di più fondamentale che ancora noi non capiamo.

In proposito, una possibilità prevede l’esistenza di un quarto tipo di neutrino (così il Modello Standard riavrebbe eleganza e coerenza). Con questo obiettivo Joseph Formaggio sta conducendo le sue ricerche: utilizzando i dati ricavati da KATRIN (KArlsruhe TRItium Neutrino experiment), un rilevatore delle dimensioni di un grande hangar, situato in una piccola città nel sud ovest della Germania, studia  il decadimento del trizio, un isotopo radioattivo dell’idrogeno con un nucleo formato da due neutroni e un protone.

KATRIN experimental overview

(Photocrediti: http://www.katrin.kit.edu).

Misurando l’energia dell’elettrone rilasciato durante il decadimento, i fisici sperano di essere in grado di calcolare la massa del neutrino – con un approccio ovviamente basato sull’equivalenza tra massa ed energia. “Dal momento che l’energia si conserva, se sappiamo con quanta energia abbiamo iniziato e quanta l’elettrone ne ha portata via, si può capire qual è la massa del neutrino”, spiega Joseph Formaggio. “Ma è una misura molto difficile da ottenere, dal momento che l’esperimento è un gigantesco rompicapo elettromagnetico”.

Oltre a KATRIN – che sarà in funzione per i prossimi due anni – Joseph Formaggio sta lavorando anche ad un altro progetto: un altro rivelatore di trizio, conosciuto come Project 8, che utilizza la frequenza radio degli elettroni per misurarne le energie.”Ci sono molti sacri graal della fisica, e trovare i neutrini è sicuramente uno di questi. I neutrini si sono formati subito dopo il Big Bang, nei primi secondi di vita dell’Universo. La speranza è che un giorno saremo in grado di trovare proprio i neutrini del Big Bang”, conclude Joseph Formaggio. (Fonte: web.mit.edu/newsoffice/2013/faculty-profile-joseph-formaggio-0626.html).

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