Per capire perché esistiamo, bisogna guardare alle particelle più sfuggenti dell’universo: i neutrini. Due grandi esperimenti, uno negli Stati Uniti e uno in Giappone, hanno ottenuto le misure più precise mai realizzate su queste particelle quasi invisibili.
Si tratta di NOvA e T2K, due progetti internazionali che per la prima volta hanno unito i loro dati. Il risultato, pubblicato su Nature, riduce l’incertezza nelle osservazioni e rappresenta un passo avanti nella ricerca sull’asimmetria tra materia e antimateria, la chiave per capire perché il nostro universo non si è annullato subito dopo il Big Bang.
Materia contro antimateria: il mistero nato dal Big Bang
Subito dopo il Big Bang, la materia e l’antimateria si sarebbero dovute formare in quantità identiche. In teoria, le due avrebbero dovuto annientarsi a vicenda, lasciando solo radiazione.
Eppure oggi tutto ciò che esiste — galassie, stelle, pianeti e vita — è composto solo di materia.
Questa differenza rimane uno dei più grandi enigmi della fisica. Una possibile risposta potrebbe nascondersi nei neutrini, che potrebbero comportarsi in modo diverso dai loro equivalenti di antimateria, gli antineutrini.
Perché è così difficile studiare i neutrini
I neutrini interagiscono pochissimo con la materia. Milioni di loro attraversano il corpo umano ogni secondo senza lasciare traccia. Per rilevarli servono rivelatori giganteschi posti sottoterra, dove la roccia li protegge dalle altre radiazioni.
Solo pochissimi neutrini lasciano un segnale quando collidono con gli atomi dei rivelatori. È questo che rende le misurazioni lente e complesse, ma anche straordinariamente preziose.
Come oscillano i neutrini: il viaggio tra Stati Uniti e Giappone
Gli esperimenti NOvA e T2K studiano un fenomeno chiamato oscillazione dei neutrini, cioè la capacità di cambiare “sapore” mentre viaggiano.
Nel progetto americano NOvA, un fascio di neutrini parte dal Fermilab, vicino Chicago, e percorre 810 chilometri fino al rivelatore in Minnesota.
In Giappone, T2K invia neutrini dal Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) nella città di Tokai fino al rivelatore sotterraneo Super-Kamiokande a Kamioka, attraversando circa 295 chilometri di crosta terrestre.
Combinando i dati dei due esperimenti, i ricercatori hanno potuto misurare con maggiore precisione le oscillazioni e confrontare il comportamento di neutrini e antineutrini.
Il contributo dell’Italia negli esperimenti NOvA e T2K
Allo studio hanno partecipato fisici italiani dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) di Roma, Napoli, Padova e Bari.
Il loro lavoro ha riguardato sia l’analisi statistica dei dati sia lo sviluppo dei sistemi di rivelazione.
L’Italia si conferma così tra i protagonisti della ricerca mondiale sui neutrini, con una tradizione che risale agli studi pionieristici di Enrico Fermi e dei laboratori del Gran Sasso.
Misure più precise sui neutrini, ma il mistero resta aperto
I risultati ottenuti da NOvA e T2K riducono in modo significativo l’incertezza sulle masse dei neutrini e sulle differenze di comportamento tra neutrini e antineutrini.
Secondo i ricercatori, i dati mostrano tendenze interessanti ma non ancora definitive. Serviranno ulteriori osservazioni per confermare l’esistenza di un’asimmetria che spieghi la sopravvivenza della materia rispetto all’antimateria.
DUNE e Hyper-Kamiokande: la nuova generazione di esperimenti
Il futuro della fisica dei neutrini si giocherà con due nuovi colossi scientifici.
Negli Stati Uniti è in costruzione DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment), che invierà un fascio di particelle da Chicago fino a un rivelatore sotterraneo nel South Dakota, con una sensibilità oltre dieci volte superiore agli esperimenti attuali.
In Giappone, invece, nascerà Hyper-Kamiokande, evoluzione diretta di Super-Kamiokande. Contiene milioni di litri di acqua ultrapura e migliaia di sensori ottici in grado di catturare anche i segnali più deboli.
Entrambi i progetti entreranno in funzione nei primi anni 2030 e potrebbero fornire risposte decisive sulla natura dei neutrini e sull’origine dell’universo.
Neutrini e antimateria: la chiave per capire perché esistiamo
Capire se neutrini e antineutrini si comportano in modo diverso potrebbe spiegare perché, dopo il Big Bang, l’universo è rimasto pieno di materia.
Gli scienziati sperano che le future misure permettano di individuare una violazione della simmetria tra materia e antimateria, il fenomeno che avrebbe dato origine a tutto ciò che conosciamo.
Le ricerche di NOvA e T2K non forniscono ancora la risposta finale, ma indicano chiaramente la direzione da seguire.
Con l’arrivo di DUNE e Hyper-Kamiokande, la fisica potrebbe finalmente scoprire se i neutrini custodiscono il segreto della nostra esistenza.
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