Scoperti nei ghiacci dell’Antartide due neutrini che la nostra fisica non riesce a spiegare

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Rappresentazione artistica basata sull’immagine reale del laboratorio di IceCube al Polo Sud (foto: IceCube/Nsf)

I neutrini, particelle elusive che sono dappertutto, tornano a far discutere gli scienziati. Stavolta, i ricercatori dell’esperimento IceCube Collaboration, che lavora nelle profondità ghiacciate del Polo Sud, hanno identificato due neutrini dalle caratteristiche anomale. Questi neutrini hanno un’energia straordinariamente alta e provengono da una direzione inaspettata. La loro presenza, qualora confermata, potrebbe di nuovo aprire di nuovo scenari di nuova fisica (nuove particelle o meccanismi) al di là del Modello standard, la teoria riconosciuta che descrive tutte le particelle note e quasi tutte le forze in natura. I risultati sono disponibili in preprint su arXiv, mentre sono stati sottomessi per la pubblicazione su The Astrophysical Journal.

I neutrini in Antartide

Da tempo IceCube Collaboration individua e studia i neutrini, particelle elementari senza carica e di massa piccolissima, che interagiscono debolmente con la materia, prodotti nell’atmosfera terrestre, dal Sole o anche da sorgenti extragalattiche. Grazie a queste proprietà, riescono a sfuggire e sono dappertutto: miliardi di queste particelle raggiungono la Terra e attraversano il nostro corpo in ogni secondo. Ma studiarli non è semplice e per questo è necessaria un’apparecchiatura complessa, come quella di IceCube. Il colosso è un gigantesco cacciatore di neutrini sotterraneo, formato da 86 cavi d’acciaio dotati di oltre 5mila sensori di luce. E da poco a IceCube in Antartide si è aggiunta l’antenna Anita (the ANtarctic Impulsive Transient Antenna) che cerca i segnali di neutrini con alta energia rispetto a quelli catturati da IceCube e che ha scovato i due neutrini anomali.

Il segnale di oggi

Ma che cos’hanno di tanto straordinario e diverso i neutrini appena rilevati? Sono molto energetici e provengono da una particolare direzione: i neutrini sono arrivati ai rivelatori con un angolo per cui è probabile che abbiano attraversato una buona parte del pianeta e questo viaggio non è compatibile con le loro alte energie. “Sono come elefanti liberi in un negozio di porcellane”, azzarda il paragone Alex Pizzuto, dell’Università del Wisconsin–Madison, “e hanno caratteristiche tali per cui è molto probabile che interagiscano con le particelle sulla Terra”.

Le ipotesi

I ricercatori hanno studiato la presenza di una sorgente cosmica molto intensa che possa spiegare le energie e la provenienza dei neutrini. Per farlo hanno utilizzato tre approcci complementari, con diverse simulazioni di neutrini che attraversano la Terra per capire quanti neutrini incidenti sono necessari perché l’antenna Anita rilevi un segnale come quello di oggi. Nello studio hanno analizzato otto anni di dati di IceCube combinandoli con i segnali di Anita. Il risultato? Non ci sono fonti di neutrini che spieghino lo strano evento rilevato.

Le nuove possibilità

Per le loro caratteristiche altre spiegazioni del segnale anomalo – che potrebbero coinvolgere la presenza di fisica esotica – devono essere considerate, scrivono gli autori. “La nostra analisi esclude l’unica possibile spiegazione legata al Modello standard”, ha sottolineato Pizzuto. “Pertanto, se questi eventi sono reali e non sono dovuti a particolari anomalie nel rivelatore, potrebbero indicare la presenza di fisica al di là del Modello standard” – la teoria che descrive tutte le particelle e tre delle quattro interazioni fondamentali in natura (elettromagnetica, nucleare debole e forte, ad esclusione di quella gravitazionale), rappresentando tutta la realtà come la conosciamo. In diverse ricerche in fisica teorica, fisica delle particelle e cosmologia si è parlato di nuova fisica, fisica esotica non descritta da questo modello, ma ad oggi si tratta sempre di ipotesi non ci sono prove sperimentali di questo.

Neutrini, protagonisti della fisica

Ma la cautela è d’obbligo, dato che alla base potrebbe esserci anche un errore sistematico che interferisce con la misura. Già in passato i neutrini avevano fatto parlare di sé e non sempre esempio con il caso ampiamente diffuso dai media, del neutrino più veloce della luce, che avrebbe rimesso in discussione la teoria di Einstein e che fu poi smentito pochi mesi dopo dall’esperimento Opera. Per questo gli stessi ricercatori mentre presentano i risultati richiamano l’attenzione sulla necessità di procedere con cautela, per vedere se verranno effettivamente confermati o se sono frutto di qualche interferenza.

In ogni caso, gli scenari (la nuova fisica) che potrebbero aprirsi sono eccezionali, nel vero senso del termine. Ma anche se il fenomeno è entusiasmante, “sembra che dovremo aspettare la prossima generazione di esperimenti – conclude Ibrahim Safa, coautore dello studio – che aumenterà l’esposizione e la sensibilità della strumentazione per comprendere chiaramente questa anomalia”. Insomma, la sorpresa e l’interesse sono grandi, ma c’è ancora da attendere per saperne di più.

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