Abbiamo incontrato la professoressa Catalina Curceanu e con lei abbiamo parlato di ricerca, partendo dai due premi Nobel per la fisica.
Professoressa ci può dire qualcosa sull’assegnazione del premio Nobel ai due fisici Takaaki Kajita e Arthur B. McDonald, per le scoperte relative alle metamorfosi dei neutrini?
“i due ricercatori hanno ricevuto il premio Nobel per la scoperta cosiddetta dell’oscillazione dei neutrini, correlata a fenomeni quantistici che accadono a queste particelle nel loro viaggio nell’universo, nel loro viaggio attraverso la terra. Il fenomeno per il quale i due ricercatori hanno avuto il premio Nobel, riguarda proprio la loro scoperta della natura camaleontica del neutrino, infatti il neutrino si trasforma da un neutrino ad un altro tipo di neutrino durante il suo viaggio.
Invisibili, sfuggenti, inafferrabili: i neutrini sono particelle misteriose e affascinanti. Il neutrono è una particella molto piccola e fa parte del modello standard della fisica delle particelle e non sappiamo che tipo di massa hanno tale particelle. Grazie alle scoperte dei due ricercatori possiamo affermare che hanno una massa, quindi particelle diverse dai fotoni, in quanto i fotoni sono particelle prive di massa, sappiamo inoltre che la massa del neutrino è molto piccola, ma non sappiamo che valore ha. Il neutrino ha carica elettrica neutra e non interagisce con il resto della materia attraverso processi di natura elettromagnetica, le loro interazioni con la materia sono dette interazioni deboli, infatti in ogni istante della nostra vita veniamo attraversati da miliardi e miliardi di neutrini, la maggior parte provenienti dal sole e ci attraversano senza lasciare traccia, non attraversano solo il nostro corpo, ma anche la terra. Solo pochissimi di questi neutrini vengono intercettati dalla materia e rilasciano segnali. Per quello che conosciamo, i neutrini potrebbero attraversare un muro di piombo con spessore dalla terra ad alfa centauri e solo un piccolissima parte verrebbe fermata, la stragrande maggioranza attraverserebbe il muro.
I due fisici Takaaki Kajita e Arthur B. McDonald hanno condotto gli esperimenti per misurare la massa dei neutrini in una miniera sottorranea e cosa hanno scoperto? Premesso che: in natura esistono tre tipi di neutrini:
a) neutrini elettronici che provengono dal sole
b) neutrini muonici dal profondo unoverso
c) neutrini Tau appartenenti alla famiglia dei leptoni (I leptoni sono un gruppo di particelle subatomiche elementari aventi spin semi-intero e appartenenti pertanto alla famiglia dei fermioni. I fermioni sono particelle che obbediscono al principio di esclusione di Pauli: ovvero non possono esistere nello stesso stato fisico due fermioni aventi gli stessi numeri quantici).
Durante gli esperimenti si è notato che i neutrini elettronici avevano un risultato sperimentale diverso dal valore atteso. Si notava però che sommando i neutrini elettroni con i muonici e i tauoni si aveva una coincidenza di risultato: valore misurato = valore atteso. Quindi i neutrini elettronici durante il viaggio nel vuoto cambiavano natura trasformandosi in neutrino muonico otauonico; questo è un fenpomeno prettamente quantistico e tale fenomeno lo aveva previsto il ricercatore italiano Bruno Pontecorvo negli anni 50.
L’oscillazione dei neutrini è la prova matematica che hanno massa; infatti la probabilità matematica dell’oscillazione del neutrino (trasformazione del neutrino elettronico in muonico e tauonico) è una fiunzione matematica che dipende dalla differenza di massa dei neutrini elevata al quadrato. Quindi se i neutrini non avessero massa non si sarebbe oscillazione ( provatra sperimentalmente), Quindi siccome l’oscillazione, la probabilità matematica è divera da zero, quindi almeno due dei neutrini ha massa diversa da zero.
Il valore della massa non si conosce ed è uno dei misteri della fisica moderna. Ci sono altri esperimenti sui neutrini ed uno di questi è Opera tenuto dai ricercatori del Gran Sasso; l’esperimento consiste nell’inviare un fascio di neutrini muonici da Ginevra e vedere cosa viene rilevato al Gran Sasso. Nei cinque esperimenti effettuati di è rilevato che una parte dei neutrini muonici si era trasformato in neutrini tauonici che conferma l’esperimento dei due premi Nobel e l’oscillazione quantistica dei neutrini. Si i neutrini, come dimostrato, hanno massa, avrà una grande implicazione nello studio dell’origine dell’universo e la sua natura, inoltre consoliderà la teoria del modello standard (Il Modello standard (MS) è una teoria fisica che cerca di fare sintesi delle forze che interagiscono nell’universo e precisamente: interazione forte, elettromagnetica, debole (le ultime due unificate nell’interazione elettrodebole), e tutte le particelle elementari ad esse collegate. Tale teoria è basata sulla teoria quantistica dei campi coerente con la relatività ristretta. Le particelle del modello standard sono:
a) Fermioni con i quark e i leptoni con spin semintero. La materia così come la conosciamo, è costituita da quark e leptoni: gli atomi sono composti da un nucleo e attorno al nucleo ruotano su ogni orbitale al massimo due elettroni su orbite quantizzate; gli elettroni sono i più leggeri tra i leptoni carichi. Il nucleo è composto da protoni e neutroni ed è la parte più pesante dell’atomo. I neutroni sono a loro volta composti da tre quark. I fermioni sono raggruppati in famiglie, tre per i leptoni e tre per i quark.
Le tre famiglie di leptoni comprendono ciascuna una particella carica: elettrone, muone, tau e un corrispondente neutrino A differenza dei quark, essi non posseggono la cosiddetta “carica di colore” (nulla a che vedere con i colori rilevati dall’occhio umano Si tratta semplicemente di un termine scelto a caso tra i tanti possibili per indicare una proprietà che si manifesta soltanto al di sotto delle dimensioni de nucleo atomico). Sui Leptoni la forza nucleare forte non ha effetto. Poi abbiamo il fotone, i gluoni,
b) Bosoni noti anche come bosoni vettoriali o bosoni di gauge in quanto la loro esistenza viene introdotta in base ad un principio di simmetria di gauge, aventi spin intero. Di questa famiglia fa parte il bosone di Higgs nota come la particella di dio). Ad oggi nulla sappiamo sull’origine della massa dei neutri.
L’oscillazione dei neutrini in un futuro potrebbe aiutarci a comunicare oggi impensabili con le onde elettromagnetiche. La conoscenza della materia dei neutrini ci permetterebbe di capire l’origine dell’universo, in quanto (i neutrini) sono anche messaggeri delle Supernova, che oltre ad emettere luce emette anche neutrini e conoscendo la loro massa potremmo capire le vere origini dell’universo, cosa che non possiamo fare con la luce e la radiazione elettromagnetica.
Lo studio dei neutrini che provengono dall’interno della terra (ad esempio del decadimento dell’Uranio e del Torio) potrebbero darci delle informazioni sulla struttura geologica della terra e sui minerali e altri composti presenti”.
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