16.04.2020
Giappone : Lo sfarfallio della luce in un gigantesco serbatoio interrato d’acqua potrebbe spiegare l’universoAll'interno di una caverna, sepolta sotto una montagna in Giappone, c'è un gigantesco serbatoio d'acqua che è rimasto fermo da molti anni. E di solito non succede nulla. Di tanto in tanto, tuttavia, un anello di luce lampeggia attorno ai bordi del serbatoio - la firma di un elettrone o una particella simile, ma più pesante conosciuta come un muone che passa attraverso l'acqua. Quegli elettroni e muoni sono i resti di minuscole particelle spettrali note come neutrini che si schiantarono contro le molecole d'acqua del serbatoio in una rara interazione. Per anni, i fisici hanno contato quegli anelli di luce, l'unico segno di un potente raggio di neutrini sparato attraverso la crosta terrestre nella caverna da un'altra struttura sotterranea a 183 miglia (295 chilometri) di distanza. Nel tempo, i fisici hanno notato una discrepanza nel loro conteggio. Quella discrepanza, a loro avviso, potrebbe aiutare a spiegare l'esistenza della materia nell'universo. Subito dopo il Big Bang, nell'universo esistevano uguali quantità di materia e antimateria, due sostanze che si rispecchiano a vicenda e si distruggono a vicenda se mai si toccano. Il gemello di antimateria dell'idrogeno è antiidrogeno. Il gemello di antimateria di un elettrone è il positrone caricato positivamente. I muoni hanno antimuoni e i neutrini hanno antineutrini e così via. L'antimateria e la materia sono così simili, infatti, che è un mistero il motivo per cui non si sono semplicemente annullati a vicenda all'inizio, lasciando nulla alle spalle se non uno scoppio di luce intensa. Ciò suggerisce che ci devono essere alcune differenze fondamentali tra le particelle, asimmetrie che spiegherebbero perché la materia è arrivata a dominare l'antimateria. E abbiamo già trovato una di quelle asimmetrie. Nel 1964, i fisici hanno scoperto differenze minori tra il modo in cui quark e antiquark, le particelle subatomiche, che formano protoni, neutroni e altre particelle, interagiscono attraverso la forza debole - una delle quattro forze fondamentali accanto alla forza forte, all'elettromagnetismo e alla gravità. Ma l'asimmetria del quark è troppo lieve per spiegare l'esistenza dell'universo. Ci deve essere qualche altra discrepanza là fuori. Ci sono teorie su un'altra discrepanza, che coinvolgono una classe di particelle chiamate leptoni. I leptoni sono particelle come neutrini, muoni ed elettroni. E se ci fosse un'asimmetria tra i leptoni e le loro controparti di antimateria, nel tempo, potrebbe portare non solo a un eccesso di leptoni di materia ma a barioni di materia - la classe di particelle che compongono la maggior parte della massa di un atomo. Si studia il serbatoio d'acqua interrato alla ricerca di prove di quell'asimmetria leptonica, che secondo i fisici sarebbe diventata visibile quando i neutrini "oscillano" da un sapore all'altro. Esistono tre tipi di neutrino (che conosciamo): elettrone, muone e tau. E ognuno di quei sapori ha il suo antineutrino. E tutte quelle particelle - neutrini e antineutrini - oscillano, nel senso che cambiano da un sapore all'altro. Un neutrino muonico può trasformarsi in un neutrino tau o un neutrino elettronico. Un antineutrino muonico può oscillare in antineutrini tau o elettronici Queste oscillazioni richiedono tempo, tuttavia. Ecco perché i fisici hanno separato il loro generatore di fasci di neutrini e il serbatoio dell'acqua. Ciò dà ai neutrini muonici, che il raggio, produce tempo mentre viaggiano per oscillare in neutrini elettronici, Anche quando ciò accade, i neutrini elettronici sono difficili da rilevare. Solo raramente un neutrino elettronico che passa attraverso il serbatoio si schianterà in una molecola d'acqua e si trasformerà in un elettrone con il suo caratteristico anello di luce debole e sfocata. Poi, con anni di sforzi, sparando il loro raggio di neutrini in breve esplosione dopo un breve scoppio, i rilevatori di fotoni sommersi dhanno visto centinaia di oscillazioni nelle modalità del neutrino e dell'antineutrino del raggio - abbastanza per trarre alcune conclusioni reali. In un articolo pubblicato ieri (15 aprile) sulla rivista Nature, è stata riferita, con una sicurezza del 95%, una discrepanza tra i fasci di neutrino e antineutrino - una prova evidente che parte dell'asimmetria materia-antimateria proviene da neutrini. Ciò che si è misurato direttamente è un'asimmetria tra i comportamenti di neutrini deboli a bassa energia. Per comprendere appieno l'asimmetria e come avrebbe potuto plasmare l'universo, i teorici dovranno prendere i loro dati ed estrapolarli ai neutrini di energia superiore e comprendere le sue implicazioni per altri leptoni. Il passo successivo è quello di raccogliere molti più dati e ottenere un livello di sicurezza del loro risultato superiore al 95%.