Il neutrino è più leggero del previsto: la sua massa non è superiore a un elettronvolt. Il nuovo limite è stato stabilito da una collaborazione internazionale di scienziati alla guida dell’esperimento denominato Katrin. I risultati sono stati svelati lo scorso 13 settembre alla 16esima conferenza internazionale Topics in Astroparticle and Underground Physics tenutasi a Toyama, Giappone
Ci deve essere stato parecchio scompiglio lo scorso venerdì 13 settembre al Centro Internazionale di Conferenze di Toyama, in Giappone. Sul palco della sedicesima Taup (Topics in Astroparticle and Underground Physics) gli scienziati a capo di Katrin (Karlsruhe Trtitium Neutrino experiment) hanno svelato il nuovo limite superiore alla massa del neutrino: non può pesare più di 1 elettronvolt (eV). Il valore della sua massa è stato dimezzato rispetto alle precedenti misurazioni, secondo le quali si attestava attorno ai 2 eV. Il limite inferiore alla massa resta quello già misurato recentemente, ovvero 0.086 eV. Per avere un’idea: l’elettrone, che nella scala delle masse delle particelle sta subito dopo il neutrino, è un milione di volte più massiccio.
Illustrazione schematica dei componenti dell’esperimento Katrin. Si nota lo spettrometro principale: un cilindro di acciaio inossidabile pesante duecento tonnellate che misura 9.8 metri in altezza e 23.28 in lunghezza. Crediti: Karlsruhe Institute of Technology.
Una massa così piccola richiede una precisione estrema e l’esperimento Katrin è stato progettato apposta. La misurazione della massa del neutrino avviene indirettamente e si basa sul decadimento beta del trizio, un isotopo radioattivo dell’idrogeno il cui nucleo è formato da un protone e due neutroni. Il trizio decade in elio-3, mediante l’emissione di un elettrone e un antineutrino elettronico. Queste due particelle condividono un’energia di emissione di 18.56 keV. Può accadere che, in rari casi, l’elettrone emesso durante la reazione assumi quasi tutta l’energia liberata, lasciando la rimanenza all’antineutrino. Misurando quindi con precisione l’energia degli elettroni in questa particolare configurazione, è possibile dedurre indirettamente quella dei neutrini e, grazie a Einstein e alla sua famosa E = mc2, la loro massa.
Passaggi millimetrici per le strade della cittadina tedesca di Eggenstein-Leopoldshafen durante il trasporto dello spettrometro di Katrin avvenuto nel 2006. Crediti: Karlsruhe Institute of Technology
L’esperimento Katrin è uno dei più sofisticati mai realizzati per la misurazione della massa del neutrino. L’intero apparato strumentale è lungo settanta metri. Quasi metà di questi sono occupati da uno speciale spettrometronel quale, grazie ad appositi magneti, vengono convogliati soltanto gli elettroni con energia vicina a 18.56 keV. Lo strumento è frutto della collaborazione di diverse nazioni come Stati Uniti, Russia, Germania, Francia, Spagna e Repubblica Ceca, ognuna delle quali ha realizzato una o più componenti. Infatti il progetto Katrin riveste una particolare importanza all’interno della comunità scientifica. È un «motore di cooperazione internazionale, che fornisce una formazione di prima classe per i giovani ricercatori», come ha commentato Guido Drexlin dell’Istituto di Tecnologia di Karlsruhe, in Germania, sede dell’esperimento.
Ora che Katrin ha stabilito il nuovo limite superiore per la massa del neutrino, gli scienziati del progetto sono già al lavoro per ridurre ulteriormente l’intervallo di valori possibili. Per il professor Peter Doe della University of Washington, e uno dei 150 scienziati di Katrin, «i neutrini sono piccole strane particelle. Sono così onnipresenti e c’è così tanto che possiamo imparare una volta che riusciamo a determinare questo valore.»
Per saperne di più:
- Leggi su arXiv il pre-print dell’articolo “An improved upper limit on the neutrino mass from a direct kinematic method by KATRIN”, di M. Aker et al.
[Articolo originariamente pubblicato su Media Inaf il 19.09.2019 – La leggerezza del neutrino]