L'esperimento MINERvA e le collisioni multiple tra neutrini

Un particolare dell’esperimento MINERvA. (Crediti: Fermilab).

I neutrini non sono poi così asociali. IceCube aiuta a conoscere meglio il comportamento dei neutrini solari e di quelli che provengono dalle zone più remote dell’Universo; il rilevatore Borexino invece ha addirittura portato all’attenzione della comunità scientifica l’esistenza di una nuova “specie” di neutrini, battezzata sterile. Ora, i ricercatori del progetto MINERvA del Fermi National Accelerator Laboratory a Batavia hanno scoperto che, quando un neutrino collide con un nucleo atomico, a volte accade che a liberarsi non è solo un protone o un neutrone, ma entrambi.

La scoperta è significativa per due motivi. Da un lato mostra un’attitudine poco nota delle particelle all’interno dei nuclei atomici. Quando accade che a seguito della collisione si liberano sia un protone che un neutrone, questo potrebbe significare che già all’interno del nucleo le due particelle si muovono in sincronia e non si comportano come se fossero due individui distinti. Dall’altro potrà aiutare ad aumentare la precisione nelle operazioni di misura, soprattutto quando si analizzano in scala le collisioni.

MINERvA è parte di un apparato sperimentale che coinvolge altri rilevatori come MINOS. Tra strati di piombo e ferro, MINERvA contiene vari materiali usati come rilevatori in quanto il suo obiettivo principale è ottenere misure specifiche a seconda dei tipi di interazione osservati: ad esempio, nella sezione “di plastica” si analizzano le collisioni tra i neutrini e i nuclei di carbonio. In alcuni studi che sono stati pubblicati sulla rivista Physical Review Letters sono stati resi noti i risultati degli esperimenti condotti tra il 2010 e il 2011.

Le analisi si concentrano su un fenomeno noto come scattering quasi elastico che, nel caso più semplice, descrive la collisione tra un neutrino e il nucleo di un atomo di carbonio. L’interazione di queste due particelle elettricamente neutre produce due particelle di carica opposta, un protone con carica positiva e un muone con carica negativa, che si disperdono verso l’esterno come palle da biliardo colpite da un pallino. “Sputa un protone, e lascia il resto del nucleo sostanzialmente indisturbato”, commenta Deborah Harris. “Ma in alcune frazioni di tempo sembra che la dispersione riguardi più di  un protone”.

La comparsa di un protone in più conferma l’ipotesi che il neutrino non vada a colpire solo particelle singole ma, in alcuni casi non ancora prevedibili, colpisce coppie di particelle nei nuclei. Fino ad oggi reazioni simili erano state osservate solo nelle interazioni con gli antineutrini. Neutrini ed antineutrini si presentano in tre sapori (elettronico, muonico e tau) ognuno associato alla propria particella carica con cui condivide il nome. Gli scienziati credono che la tendenza a colpire coppie di particelle possa anche gettare luce sul noto fenomeno dell’oscillazione tra sapori. Per ora le simulazioni standard non contemplano questa ipotesi: l’obiettivo è capire quanta energia entra nel nucleo durante la collisione e come e da cosa è determinato il comportamento del nucleo in tutti questi casi. Fonte: www.scientificamerican.com/article.cfm?id=neutrino-minerva.

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