Neutrino sterile, fondamenti di fisica tra interpretazioni di risultati anomali. Un esperimento conferma un'anomalia vista in precedenti esperimenti
Nuovi risultati scientifici confermano un'anomalia vista in precedenti esperimenti, che può indicare una nuova particella elementare non ancora confermata, il neutrino sterile, o indicare la necessità di una nuova interpretazione di un aspetto della fisica modello standard, come la croce del neutrino sezione, misurata per la prima volta 60 anni fa. Il Los Alamos National Laboratory è la principale istituzione americana che collabora all'esperimento Baksan Experiment on Sterile Transitions (BEST), i cui risultati sono stati recentemente pubblicati sulle riviste Physical Review Letters (1) e Physical Review C.. (2)
«I risultati sono molto entusiasmanti», ha affermato il dottor Steve Elliott, (3) analista capo di uno dei team che valutano i dati e membro della divisione fisica di Los Alamos. «Questo conferma definitivamente l'anomalia che abbiamo visto negli esperimenti precedenti. Ma cosa questo significhi non è ovvio. Ora ci sono risultati contrastanti sui neutrini sterili. Se i risultati indicano che la fisica nucleare o atomica fondamentale è fraintesa, anche questo sarebbe molto interessante». Altri membri del team di Los Alamos includono il dottor Ralph Massarczyk (4) e il dottor Inwook Kim.
Più di un miglio sottoterra nell'Osservatorio dei neutrini di Baksan nelle montagne del Caucaso in Russia, BEST ha utilizzato 26 dischi irradiati di cromo 51, un radioisotopo sintetico di cromo e la fonte di 3,4 megacurie di neutrini elettronici, per irradiare un serbatoio interno ed esterno di gallio, un morbido metallo argentato utilizzato anche in esperimenti precedenti, sebbene in precedenza in una configurazione a un serbatoio. La reazione tra i neutrini elettronici del cromo 51 e il gallio produce l'isotopo germanio 71.
Il tasso misurato di produzione di germanio 71 era del 20-24% inferiore al previsto sulla base della modellizzazione teorica. Tale discrepanza è in linea con l'anomalia osservata negli esperimenti precedenti.
BEST si basa su un esperimento di neutrini solari, il Soviet-American Gallium Experiment (SAGE), in cui il Los Alamos National Laboratory ha contribuito in modo importante, a partire dalla fine degli anni '80. Quell'esperimento utilizzava anche gallio e sorgenti di neutrini ad alta intensità. I risultati di quell'esperimento e di altri indicavano un deficit di neutrini elettronici, una discrepanza tra i risultati previsti e quelli effettivi che divennero noti come “anomalia del gallio”. Un'interpretazione del deficit potrebbe essere la prova delle oscillazioni tra neutrini elettronici e stati di neutrini sterili.
La medesima si è ripetuta nell'esperimento BEST. Le possibili spiegazioni includono ancora l'oscillazione in un neutrino sterile. L'ipotetica particella può costituire una parte importante della materia oscura, una forma prospettica di materia che si pensa costituisca la stragrande maggioranza dell'universo fisico. Tale interpretazione potrebbe richiedere ulteriori test, tuttavia, perché la misurazione per ciascun serbatoio era più o meno la stessa, sebbene inferiore al previsto.
Altre spiegazioni per l'anomalia includono la possibilità di un malinteso negli input teorici dell'esperimento, che la fisica stessa richiede una rielaborazione. Il dottor Elliott sottolinea che la sezione d'urto del neutrino elettronico non è mai stata misurata a queste energie. Ad esempio, un input teorico per misurare la sezione d'urto, che è difficile da confermare, è la densità elettronica nel nucleo atomico.
La metodologia dell'esperimento è stata accuratamente rivista per garantire che non siano stati commessi errori in aspetti della ricerca, come il posizionamento della sorgente di radiazioni o le operazioni del sistema di conteggio. Le future iterazioni dell'esperimento, se eseguite, potrebbero includere una diversa sorgente di radiazione con energia più elevata, emivita più lunga e sensibilità a lunghezze d'onda di oscillazione più brevi.
Riferimenti:
(1) Results from the Baksan Experiment on Sterile Transitions (BEST)
(2) Search for electron-neutrino transitions to sterile states in the BEST experiment
(3) Steve Elliott
(4) Ralph Massarczyk
Descrizione foto: Situato in profondità nel sottosuolo dell'Osservatorio dei neutrini di Baksan nelle montagne del Caucaso in Russia, l'obiettivo di gallio a due zone completato, a sinistra, contiene un serbatoio interno ed esterno di gallio, che è irradiato da una sorgente di neutrini elettronici. - Credit: AA Shikhin.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Experiment results confirm anomaly suggesting new physics possibility