L'oscillazione del neutrino dal sapore muonico a quello elettronico è stata dimostrata in modo definitivo dall'esperimento T2K, in Giappone, a cui collaborano ricercatori italiani dell'Istituto nazionale di fisica nucleare. La scoperta conferma un risultato preliminare ottenuto nel 2011 dallo stesso esperimento e permette di approfondire sempre più la conoscenza della fisica del neutrino, aprendo la strada a nuove ipotesi sulla prevalenza della materia sull’antimateria nei primi istanti del big bang (red)
Il neutrino, la più elusiva della particelle, ha sempre meno segreti. La collaborazione internazionale T2K, che vede una significativa partecipazione di ricercatori italiani dell'Istituto nazionale di fisica nucleare (INFN), ha dimostrato in modo definitivo un'oscillazione di questa particella tra due suoi cosiddetti "sapori", muonico ed elettronico, ipotizzata dalla teoria, ma che ancora mancava all'appello dei dati sperimentali. Come reso pubblico oggi alla conferenza della “European Physical Society” a Stoccolma, T2K ha rilevato in modo definitivo, grazie al rivelatore Super-Kamiokande, l'oscillazione da neutrino muonico a neutrino elettronico, confermando un risultato preliminare ottenuto dalla stessa collaborazione nel 2011.
Grazie a una quantità di dati 3,5 volte maggiore, questa volta è stata raggiunta una significatività statistica di 7,5 sigma (contro le 2,5 di due anni fa). Ciò significa che l’evento osservato ha una probabilità di essere stato prodotto da una fluttuazione casuale pari a un caso su 1000 miliardi.
Il neutrino è una particella che può avere tre differenti identità o “sapori”, chiamati muonico, tauonico ed elettronico, e può passare da un sapore a un altro durante la sua propagazione, secondo un processo, denominato “oscillazione” previsto dal fisico italiano Bruno Pontecorvo nel 1957. Gli effetti di questo fenomeno sono stati osservati per la prima volta negli anni sessanta, grazie all'esperimento Homestake di Ray Davis, in cui si rilevò un deficit di neutrini elettronici prodotti dal Sole. Questa fu una prima conferma che i neutrini potevano cambiare sapore durante il tragitto verso la Terra.
Nel 1998 venne posta un'altra pietra miliare per la fisica del neutrino con il rilevatore Super-Kamiokande, all'interno delle miniere di Kamioka in Giappone, lo stesso utilizzato dall'esperimento T2K per quest'ultimo risultato. Allora fu possibile osservare un cambiamento di sapore da muonico a tauonico nei neutrini prodotti dai raggi cosmici nell'atmosfera terrestre. Nel 2010, infine, con il rivelatore OPERA, ai Laboratori nazionali del Gran Sasso dell'INFN, è stata rilevata per la prima volta lo stesso tipo di oscillazione, da muonico a tauonico, in un fascio di neutrini prodotti artificialmente con gli acceleratori di particelle del CERN di Ginevra, nell'esperimento CERN Neutrinos to Gran Sasso (CNGS).
La collaborazione T2K ha come oggetto di studio un diverso tipo di oscillazione: da neutrini muonici a neutrini elettronici, in un fascio prodotto nell'acceleratore giapponese JPARC e intercettati da Super-Kamiokande, a 295 chilometri di distanza. In pratica uno schema simile a quello di CNGS. L'analisi dei dati ha mostrato che il numero di neutrini elettronici all'interno del fascio era maggiore di quelli previsti: 28 contro 4,6, un eccesso che viene interpretato come un segno dell'avvenuta oscillazione. Il rilevatore Super-Kamiokande, all'interno delle miniere di Kamioka in Giappone, lo stesso utilizzato dall'esperimento T2K per quest'ultimo risultato. Allora fu possibile osservare un cambiamento di sapore da muonico a tauonico nei neutrini prodotti dai raggi cosmici nell'atmosfera terrestre. Nel 2010, infine, con il rivelatore OPERA, ai Laboratori nazionali del Gran Sasso dell'INFN, è stata rilevata per la prima volta lo stesso tipo di oscillazione, da muonico a tauonico, in un fascio di neutrini prodotti artificialmente con gli acceleratori di particelle del CERN di Ginevra, nell'esperimento CERN Neutrinos to Gran Sasso (CNGS).
La collaborazione T2K ha come oggetto di studio un diverso tipo di oscillazione: da neutrini muonici a neutrini elettronici, in un fascio prodotto nell'acceleratore giapponese JPARC e intercettati da Super-Kamiokande, a 295 chilometri di distanza. In pratica uno schema simile a quello di CNGS. L'analisi dei dati ha mostrato che il numero di neutrini elettronici all'interno del fascio era maggiore di quelli previsti: 28 contro 4,6, un eccesso che viene interpretato come un segno dell'avvenuta oscillazione.
“Il risultato di T2K è di grande rilevanza per due aspetti: da una parte, è la prima volta che abbiamo una chiara prova sperimentale che, durante un viaggio di qualche centinaio di chilometri, in un fascio composto solo da neutrini di tipo muonico compaiono dei neutrini di tipo elettronico; dall’altra, il risultato di T2K offre promettenti prospettive per la scoperta, in un giorno non troppo lontano, di un affascinante fenomeno mai visto sinora nel mondo dei neutrini, la cosiddetta violazione della simmetria CP”, spiega Antonio Masiero, vicepresidente dell'INFN. “Potrebbe essere la causa ultima della prevalenza della materia sull’antimateria nei primissimi istanti dell’universo dopo il big bang”.
Per il futuro, il gruppo dell'esperimento T2K conta non solo di aumentare ulteriormente il livello di accuratezza della scoperta, raccogliendo una quantità di dati dieci volte superiore a quella di quest'ultima scoperta, e di proseguire le ricerche utilizzando fasci di antineutrini.