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Il Gran Sasso cattura il primo neutrino tau

News del 04/06/2010

L'esperimento OPERA, nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) dell'INFN, ha annunciato il 31 maggio 2010 la prima osservazione diretta della trasformazione di un neutrino di un tipo in un altro tipo di neutrino. Questa osservazione, quando sia confermata da alcuni altri eventi similari, completerà la prova sperimentale delle "oscillazioni dei neutrini", un fenomeno che può avvenire solo se i neutrini hanno massa non nulla e che fornisce evidenza di fisica oltre il Modello Standard. ------ I neutrini sono leptoni neutri, privi, nelle ipotesi del Modello Standard, di massa. Ne esistono tre tipi distinti, fratelli dei tre leptoni carichi, l'elettrone, il mu e il tau, di masse crescenti. Già qui il contributo italiano fu notevole, con la scoperta della natura leptonica del mu nel 1947 da parte di Marcello Conversi, Ettore Pancini e Oreste Piccioni, e con l'ipotesi nel 1967 e successiva ricerca ad ADONE del terzo leptone di Antonino Zichichi (leptone scoperto poi nel 1975 a SPEAR da Martin Perl e denominato tau). Nel Modello Standard s'ipotizza che i neutrini siano stabili. Tuttavia, una serie di esperimenti degli ultimi quaranta anni ha mostrato che neutrini di un tipo possono spontaneamente scomparire, quando viaggiano su distanze molto lunghe. Ciò avviene, si ipotizza, perché cambiano da un tipo a un altro. Finora non esisteva alcuna prova diretta di ciò. OPERA è il primo esperimento a rivelare la comparsa di un neutrino tau in un fascio di neutrini mu, confermando così che i neutrini oscillano tra differenti tipi. ------ Il contributo dei fisici italiani anche nel caso delle oscillazioni del neutrino è stato fondamentale sin dagli inizi. L'ipotesi dell'oscillazione tra differenti tipi di neutrino fu avanzata la prima volta da Bruno Pontecorvo (allora in Russia) nel 1967, per cercare di spiegare la scomparsa di neutrini elettronici dal Sole, osservata in un esperimento sotterraneo, che cominciava allora nella miniera di Homestake negli USA, condotto da Raymond Davis. Il metodo impiegato da Davis per rivelare i neutrini elettronici era stato proposto, ancora una volta, da Pontecorvo (allora in Canada) già nel 1946. ------ Trent'anni fa, Antonino Zichichi, allora Presidente dell'INFN, progettò un laboratorio sotterraneo di grandi dimensioni e di alta tecnologia, il Laboratorio del Gran Sasso, e ne ottenne approvazione e finanziamento. Ne orientò, in particolare, le sale nella direzione del CERN al fine di poter alloggiarvi, in futuro, esperimenti finalizzati alla rivelazione di neutrini di un fascio prodotto agli acceleratori del Centro Europeo. Negli anni successivi LNGS fornì le infrastrutture necessarie per esperimenti sui neutrini dal Sole, GALLEX, GNO e BOREXINO, e prodotti dai raggi cosmici nell'atmosfera, MACRO, che contribuirono sostanzialmente all'evidenza sopra ricordata di scomparsa dei neutrini. ------ OPERA, progettato nel 1997, è stato costruito ed è condotto da una collaborazione di scienziati di 12 Paesi (Belgio, Corea, Croazia, Francia, Germania, Giappone, Israele, Italia, Russia, Svizzera, Tunisia e Turchia), comprendendo, in particolare, nove Istituti italiani, sotto la direzione degli "spokesmen" che si sono alternati negli anni, Paolo Strolin, Yves Déclais e, al presente, Antonio Ereditato. ------ Nel 1999 il Consiglio del CERN approvò la proposta del suo Direttore Generale, Luciano Maiani, del programma CNGS (CERN Neutrinos to Gran Sasso) per la realizzazione di un fascio di neutrini mu ottimizzato per la ricerca della comparsa di neutrini tau al Gran Sasso. Gli esperimenti OPERA e ICARUS completarono il programma e il forte impegno dell'INFN, sotto la presidenza di Enzo Iarocci e, in particolare, del LNGS, sotto la direzione di Alessandro Bettini. ------ Se qualche neutrino tau è presente nel fascio quando questo raggiunge il Gran Sasso, può accadere, anche se molto raramente, che uno di loro interagisca con un nucleo (Pb) dei rivelatori. Esso produce allora, tra le altre, una particella tau. Ma la vita del tau è molto corta e così la traccia che esso lascia è solo di un millimetro o poco più. Solo la tecnica delle emulsioni fotografiche può fornire la risoluzione spaziale necessaria. D'altra parte, i sottili foglietti di emulsione, devono essere assemblati con altri elementi, fogli di piombo, a formare un rivelatore di migliaia di tonnellate. OPERA lo poté fare impiegando la tecnica delle "camere a emulsione" sviluppata negli anni in Giappone, dal gruppo di Nagoya, sotto la guida di Kiyoshi Niu negli anni 1970 e in seguito da Kimio Niwa. L'enorme quantità di emulsioni da assemblare e da analizzare ha richiesto un forte impegno dei gruppi Europei e Giapponesi di OPERA per portare la tecnica a livelli senza precedenti. ------ Dal 2006 gli scienziati dell'esperimento OPERA stanno raccogliendo dati di interazioni dei neutrini del fascio CNGS e cercando la traccia di una particella tau. Questa traccia è stata ora trovata, indicando che uno dei miliardi di miliardi di neutrini mu si è trasformato in un neutrino tau e ha interagito con OPERA. ------ Maggiori dettagli si trovano nel sito web di OPERA (http://operaweb.lngs.infn.it/).

http://operaweb.lngs.infn.it/