L’esperimento MINOS. Crediti: Reidar Hahn, Fermilab
Tentativi ed eliminazioni. Funziona così la ricerca di una delle particelle più misteriose del mondo fisico: il cosiddetto neutrino sterile. Che in base alle previsioni c’è ma non si vede, e dovrebbe servire a far “quadrare i conti” rispetto alle interazioni con la materia oggi conosciuta. Il tutto a braccetto con l’altra enigmatica componente del nostro Universo, la materia oscura.
Eppure dal Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) arriva ora un possibile colpo di scena: i neutrini sterili potrebbero non esistere affatto. Questa ipotesi è emersa proprio dal metodo delle “eliminatorie”, lo stesso che negli anni passati aveva fatto pendere l’ago della bilancia verso l’esistenza di questa particella microscopica. Conferme erano arrivate dal Liquid Scintillator Neutrino Detector (LSND) di Los Alamos e dallo stesso Fermilab, in particolare durante l’esperimento MiniBooNE.
Quello che arriva invece a mettere in discussione i neutrini è un esperimento lanciato nel 2005 e oggi nel pieno della sua attività: il Main Injector Neutrino Oscillation Search (MINOS), che utilizza un rilevatore posizionato al Fermilab e uno al Soudan Underground Mine State Park, nel nord del Minnesota.
La sua fonte primaria è un fascio di neutrini che invece appartengono a una famiglia conosciuta e ben consolidata, i muoni. Attraversando circa 1.600 chilometri nella terra, questo fascio passa da un rilevatore all’altro: è qui che i neutrini possono “cambiare sapore”, ovvero trasformarsi in una delle altre categorie conosciute (elettrone e tauone)
L’asse verticale mostra le possibili regioni di massa per i neutrini sterili. L’asse orizzontale mostra invece la probabilità che un muone si trasformi in un neutrino sterile. I nuovi risultati di MINOS escludono tutto ciò che è a destra della linea nera. Le zone colorate mostrano il limite individuato da esperimenti precedenti. Crediti: MINOS
MINOS lavora su due tipi di interazioni tra neutrini, le cosiddette “corrente neutra” e “corrente carica”. La più interessante è la prima: tutti i tre sapori di neutrini infatti interagiscono tra loro con una precisa corrente neutra, che può essere osservata da MINOS. Quindi se durante l’esperimento vengono rilevate meno interazioni del previsto, questo significa che alcuni neutrini si sono trasformati in particelle con interazione nulla. I neutrini sterili, appunto.
Inoltre, grazie all’osservazione delle interazioni a corrente carica, MINOS può anche osservare direttamente l’eventuale “sparizione” di muoni, sempre in favore dei fantomatici neutrini sterili che non interagirebbero con niente.
Insomma, se i neutrini sterili ci sono, con un simile doppio filtro non dovrebbero più sfuggire. Ed è proprio questo il punto: MINOS non ha rilevato alcuna diminuzione dell’interazione tra i neutrini attualmente conosciuti. Segno, secondo i fisici del Femilab, che forse questa particella non esiste.
I risultati sono stati annunciati a Boston alla conferenza Neutrino 2014. I ricercatori del Fermilab hanno anche iniziato a confrontare i loro dati con quelli degli esperimenti precedenti. E questo confronto porrebbe “un forte limite all’esistenza dei neutrini sterili”, come ha commentato il fisico Justin Evans dell’Università di Manchester. Che aggiunge: “Il caso dei neutrini sterili non è ancora chiuso, ma ora c’è molto meno spazio per loro dove nascondersi”.