Il premio Nobel 2015 per la fisica è assegnato a Takaaki Kajita e ad Arthur B. McDonald in Canada per il loro contributo chiave agli esperimenti svolti in Giappone e in Canada che hanno dimostrato che il neutrini cambiano d’identità”, dice la motivazione del Comitato di assegnazione del premio. “Questa metamorfosi implica che i neutrini hanno massa. Questa scoperta ha cambiato la nostra comprensione dei fenomeni più intimi della materia e possono dimostrarsi cruciali per il nostro modo di vedere l’universo”.

Spero che vi uniate a me nell’esprimere i più vivi e sinceri complimenti ai due neo-laureati.

Il primo, nato nel 1959, ha guidato il gruppo di ricerca Super-Kamiokande, nome completo Super-Kamioka Neutrino Detection Experiment, per gli amici super-K, in Giappone; il secondo, nato nel 1943, ha coordinato il Sudbury Neutrino Observatory, per gli amici SNO, in Canada e hanno, avvalendosi di due esperimenti simili però diversi, scoperto l’oscillazione del neutrino. Kajita ha pubblicato i suoi risultati sull’oscillazione del neutrino nel 1998, ma non erano esaustivi. I primi risultati scientifici di McDonald, in grado di dimostrare direttamente le oscillazioni nei neutrini solari, sono stati pubblicati il 10 giugno 2001. Comunque di oscillazione si tratta, ovvero, del processo per cui il neutrino cambia identità, assumendo ciclicamente uno dei tre “sapori” primari: ‘neutrino elettrone’, ‘neutrino mu’ e ‘neutrino tau’. Perché ciò accada, il neutrino deve avere, anche se piccolissima, una massa. Il cosiddetto modello Standard della fisica particellare, una collezione di 17 particelle e quattro forze, deve tenerne conto:

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Fonte Wiki Commons

I neutrini, dopo i fotoni, sono le particelle più numerose dell’intero universo. Generano un mondo oscuro perché interagiscono quasi per nulla con la materia, sottoposti come sono solo alle due forze più deboli che ci siano: quella di gravità e la nucleare debole, responsabile del decadimento radioattivo delle particelle subatomiche. Per un neutrino la Terra non esiste. Ci passa attraverso come se non ci fosse. Migliaia di miliardi di neutrini passano attraverso i nostri corpi ogni secondo, senza alcuna interazione. Perciò adesso non fate gli spiritosi. Evitate frasi del tipo: “Ecco perché oggi mi sento un colabrodo….”.

Quando il neutrino viaggia nello spazio, le fluttuazioni quanto-meccaniche gli fanno assumere i diversi “sapori” sopra elencati, configurandosi come neutrini elettronici, muonici e tauonici.

Molti neutrini vengono generati da reazioni fra i raggi cosmici e i gas dell’atmosfera terrestre. Altri sono prodotti nelle reazioni nucleari all’interno delle stelle, nostro Sole compreso. L’esperimento Super-Kamiokande, ha osservato come i neutrini atmosferici oscillano fra due “identità”. Nello stesso tempo, il SNO, registrando il flusso dei neutrini solari, contando ogni loro singolo sapore, ha dimostrato che non svaniscono, ma cambiano. Di fatto hanno risolto un rompicapo che per decine di anni ha causato notevoli mal di testa ai fisici delle particelle. Dalle misure effettuate sulla Terra mancavano all’appello circa i due terzi dei neutrini previsti dalla teoria, secondo la quale i neutrini erano totalmente sprovvisti di massa. I dati sperimentali e l’evidenza del loro cambiare sapore hanno fatto ritrovare i due terzi di neutrini perduti e hanno dimostrato che per quanto piccola, posseggono una massa. Il che costituisce un’altra dimostrazione che il Modello standard della Fisica ha bisogno di una seria revisione o, se preferite, che non costituisce la teoria fondamentale e completa dei costituenti fondamentali dell’universo.

Per studiare questo elusivo viaggiatore dello spazio, ci si è dovuti chiudere in miniera per eliminare il più possibile il rumore di fondo. L’elemento centrale di entrambi gli esperimenti, l’elemento con cui interagiscono gli sfuggenti neutrini, è nel caso del super-K un serbatoio alto 41,4 metri del diametro di 39,3 contenente 50mila tonnellate di acqua purissima, situato nella miniera di zinco Mozumi, a 1000 metri di profondità.

Il serbatoio del Sudbury Neutrino Observatory è a 2100 metri sottoterra nella Vale Inco’s Creighton Mine a Sudbury, Ontario, Canada ed è costituito da 1000 tonnellate di acqua pesante o ossido di deuterio, una particolare forma di acqua che contiene un’elevata percentuale di deuterio, isotopo dell’idrogeno conosciuto anche come idrogeno pesante, contenuta in un serbatoio di sei metri di diametro che galleggia all’interno di un secondo serbatoio riempito d’acqua “normale” per fornire ulteriore schermo alle particelle indesiderate.

Quando un neutrino interagisce con gli elettroni o con il nucleo dell’acqua, normale o pesante che sia, può produrre una particella carica che si muove ad una velocità maggiore di quella possibile per la luce nell’acqua. Questo crea un cono di luce conosciuta come radiazione di Cherenkov, un fenomeno analogo al boom sonico in aria. Perché ci sia una misura, occorre che la luce di Cherenkov sia rilevata e registrata da almeno uno dei 11.146 fotomoltiplicatori montati intono al rilevatore del super-K o da uno dei 9.600 del SNO.

Se volete saperne di più, si consiglia di andare su YouTube e cercare quanto raccontato da Arthur B. McDonald in persona nel corso di una conferenza che ha tenuto il 18 ottobre 2010 all’Università della California a Berkeley nell’ambito delle cosiddette Segre Lecture. Il titolo è tutto un programma: “Understaning Neutrinos Using Deep Dark Science”, ovvero ‘capire i neutrini usando profonda scienza oscura’. Non male. Non chiedetemi la URL, imparate a pescare…

Da ricordare la reazione a caldo dei due laureati una volta che hanno saputo di avere vinto:

Da non crederci” ha affermato Takaaki Kajita.

Ho abbracciato mia moglie” ha detto invece Arthur B McDonald.

Come sono umani questi fisici…