Un’anomalia rilevata in un esperimento importante potrebbe essere un’enorme notizia per la fisica

Uno strano divario tra previsioni teoriche e risultati sperimentali in un importante progetto di ricerca sui neutrini potrebbe essere un segno dell’elusivo neutrino “sterile”, una particella così silenziosa che può essere rilevata solo dal silenzio che lascia sulla sua scia.

Non è la prima volta che è stata osservata questa anomalia, aggiungendosi a precedenti dati sperimentali che suggeriscono qualcosa di strano nel mondo della ricerca sui neutrini. Questa volta, è stato rilevato al Baksan Experiment on Sterile Transitions (BEST).

Prove inequivocabili dell’ipotetico neutrino sterile potrebbero fornire ai fisici un solido candidato per l’elusiva materia oscura dell’Universo. D’altra parte, potrebbe semplicemente derivare tutto da un problema nei modelli usati per descrivere i comportamenti bizzarri dei neutrini.

Il che rappresenterebbe anche un momento significativo nella storia della fisica. “Questi risultati sono entusiasmanti“, afferma Steve Elliott, fisico del Los Alamos National Laboratory. “Questo conferma definitivamente l’anomalia che abbiamo visto in esperimenti precedenti. Ma cosa significhi non è ovvio. Ora ci sono risultati contrastanti sui neutrini sterili. Se i risultati indicasero che la fisica nucleare o atomica fondamentale è stata fraintesa, anche questo sarebbe molto interessante“.

Nonostante siano classificati tra le particelle più abbondanti nell’Universo, i neutrini sono notoriamente difficili da catturare. Quando hai a malapena una massa, nessuna carica elettrica e denunci la tua presenza solo attraverso la forza nucleare debole, è facile scivolare attraverso anche i materiali più densi senza impedimenti.

Il movimento fantasma del neutrino non è la sua unica qualità interessante. L’onda quantistica di ogni particella si trasforma mentre sfreccia, oscillando tra i caratteristici “sapori” che fanno eco ai loro cugini particellari caricati negativamente: l’elettrone, il muone e tau.

Gli studi sulle oscillazioni dei neutrini presso il Los Alamos National Laboratory degli Stati Uniti negli anni ’90 hanno notato lacune nei tempi di questo flip-flop che ha lasciato spazio a un quarto sapore, uno che non avrebbe fatto nemmeno un’increspatura nel debole campo nucleare.

Avvolto nel silenzio, il sapore sterile del neutrino sarebbe stato cospicuo solo con una breve pausa nelle sue interazioni. BEST è protetto dalle sorgenti di neutrini cosmici sotto un miglio di roccia nelle montagne del Caucaso in Russia. È dotato di un serbatoio a doppia camera di gallio liquido che raccoglie pazientemente i neutrini che eruttano da un nucleo di cromo irradiato.

Dopo aver misurato la quantità di gallio che si era trasformato in un isotopo di germanio in ciascuna vasca, i ricercatori hanno potuto lavorare a ritroso per determinare il numero di collisioni dirette con i neutrini mentre oscillavano attraverso il loro sapore di elettroni.

Simile all'”anomalia del gallio” dell’esperimento di Los Alamos, i ricercatori hanno calcolato da un quinto a un quarto di germanio in meno del previsto, suggerendo un deficit nel numero previsto di neutrini elettronici.

Questo non vuol dire con certezza che i neutrini abbiano adottato per breve tempo un sapore sterile. Molte altre ricerche per la piccola particella pallida sono rimaste a mani vuote, lasciando aperta la possibilità che i modelli utilizzati per prevedere le trasformazioni siano in qualche modo fuorvianti.

Non è di per sé una brutta cosa. Le correzioni nel quadro di base della fisica nucleare potrebbero avere ramificazioni significative, rivelando potenzialmente lacune nel Modello Standard che potrebbero portare a spiegazioni per alcuni dei grandi misteri rimanenti della scienza.

Se questo è davvero il segno dell’esistenza del neutrino sterile, potremmo finalmente avere la prova di un materiale che esiste in quantità enormi, ma che fa solo una fossetta gravitazionale nel tessuto dello spazio.

Che questa sia la somma della materia oscura o un semplice pezzo del suo puzzle dipenderà da ulteriori sperimentazioni sulla più spettrale delle particelle fantasma.

Questa ricerca è stata pubblicata in Physics Review Letters e Physical Review C.