Di recente è stato possibile osservare i neutrini prodotti dalle collisioni di particelle all’interno del Large Hadron Collider (LHC) del CERN in Svizzera. Si tratta di una prima volta notevole, perché finora non era mai stato possibile osservare queste sfuggenti particelle in questo contesto, seppure siano incredibilmente abbondanti.
Il “problema” dei neutrini è che sono particelle davvero molto piccole che non interagiscono quasi per nulla con il resto della materia. Per fortuna sono molto abbondanti, quindi in teoria è possibile osservare quelle poche interazioni, ma solo costruendo sistemi molto particolari, come l’affascinante Super-Kamiokande, un chilometro sotto terra in Giappone.
I neutrini “nascono” in molti modi diversi, e uno di essi è proprio la collisione di particelle degli acceleratori come l’LHC. Finora osservare questi neutrini non era stato possibile, ma ora ci si è riusciti grazie a due grandi collaborazioni di ricerca, FASER (Forward Search Experiment) e SND (Scattering and Neutrino Detector)@LHC.
"I neutrini sono prodotti molto abbondantemente nei collisori di protoni come l'LHC", ha dichiarato a Phys.org Cristovao Vilela, membro della collaborazione SND@LHC. "Tuttavia, finora questi neutrini non erano mai stati osservati direttamente. La debolissima interazione dei neutrini con altre particelle rende la loro rilevazione molto impegnativa e per questo sono le particelle meno studiate del Modello Standard della fisica delle particelle".
"I collisori di particelle esistono da oltre 50 anni e hanno rilevato tutte le particelle conosciute, tranne i neutrini", aggiunge Jonathan Lee Feng, co-portavoce della collaborazione FASER. "Allo stesso tempo, ogni volta che i neutrini sono stati scoperti da una nuova sorgente, che si tratti di un reattore nucleare, del Sole, della Terra o di supernovae, abbiamo imparato qualcosa di estremamente importante sull'universo”
"Poiché questi neutrini hanno flussi elevati e alte energie, il che rende molto più probabile la loro interazione, siamo stati in grado di rilevarne 153 con un rivelatore molto piccolo e poco costoso, costruito in un tempo molto breve", ha spiegato Feng.
"L'osservazione dei neutrini del collisore apre le porte a nuove misure che ci aiuteranno a capire alcuni degli enigmi fondamentali del Modello Standard della fisica delle particelle, come ad esempio il motivo per cui esistono tre generazioni di particelle di materia (fermioni) che sembrano essere copie esatte l'una dell'altra in tutti gli aspetti tranne che per la loro massa", ha detto Vilela. "Inoltre, il nostro rivelatore si trova in una posizione che è un punto cieco per gli esperimenti più grandi di LHC. Per questo motivo, le nostre misure contribuiranno anche a una migliore comprensione della struttura dei protoni in collisione".
Ora che la presenza di neutrini a LHC è stata confermata, questi due esperimenti continueranno a raccogliere dati, portando potenzialmente a osservazioni più significative.
"Faremo funzionare il rivelatore FASER per molti anni ancora e ci aspettiamo di raccogliere almeno 10 volte più dati", ha aggiunto Feng. Inoltre, è in sviluppo anche il progetto Forward Physics Facility, “una proposta per la costruzione di una nuova caverna sotterranea all'LHC, che permetterà di rilevare milioni di neutrini ad alta energia, nonché di cercare particelle milli-cariche e altri fenomeni associati alla materia oscura".