Neutrino

Il neutrino è una particella elementare. Ha spin 1/2 e quindi è un fermione. La sua massa è molto piccola, anche se recenti esperimenti (vedi Super-Kamiokande) hanno mostrato che è diversa da zero (da 100.000 a 1 milione di volte inferiore a quella dell'elettrone). Poichè i neutrini non hanno carica elettrica ne carica di colore, interagiscono solo attraverso la forza nucleare debole e non sentono l'interazione nucleare forte e la forza elettromagnetica (in quanto possiedono una massa, sono sensibili anche alla gravità, ma avendo una massa piccolissima ed essendo la gravità la forza più debole, questa interazione è trascurabile).

Poichè il neutrino interagisce debolmente, quando si muove attraverso la materia le sue possibilità di interazione sono molto piccole. Occorrerebbe un anno luce di piombo per bloccare la metà dei neutrini che lo attraversano. I rilevatori di neutrini tipicamente contengono centinaia di tonnellate di materiale, costruito in modo tale che pochi atomi al giorno interagiscano con i neutrini entranti. Nelle supernova collassanti, la densità del nucleo diventa abbastanza alta (10¹⁴ g/cm³) da permettere la rilevazione dei neutrini prodotti.

Esistono tre tipi differenti di neutrino: il neutrino elettronico ν_e, il neutrino muonico ν_μ e il neutrino tau ν_τ, corrispondenti ai rispettivi leptoni del modello standard (elettrone, muone e tauone).

L'esistenza del neutrino venne postulata da Wolfgang Pauli per spiegare lo spettro continuo del decadimento beta.

Flussi massicci di neutrini possono oscillare tra i tre sapori, in un fenomeno conosciuto come oscillazione dei neutrini (che fornisce una soluzione al problema dei neutrini solari e a quello dei neutrini atmosferici).

La gran parte dell'energia di una supernova collassante viene irradiata in forma di neutrini, prodotti quando i protoni e gli elettroni del nucleo si combinano a formare neutroni. Questa reazione produce un flusso considerevole di neutrini. La prima prova sperimentale di questo fatto si ebbe nel 1987, quando vennero rilevati i neutrini provenienti dalla supernova 1987a.

Alcuni anni fa si pensava che i neutrini potessero essere ritenuti responsabili per la materia oscura, ma con l'attuale conoscenza della loro massa possono contribuire solo per una frazione insignificante.

Rilevatori di neutrini

Esistono diversi tipi di rilevatori di neutrini. Ogni tipo consiste di grosse quantità di materiale posto in cave sotterranee che hanno lo scopo di proteggerli dalla radiazione cosmica.

• I rilevatori al cloro, consistono di serbatoi riempiti di tetracloruro di carbonio. in questi rilevatori un neutrino converte un atomo di cloro in uno di argon. Il fluido viene periodicamente purgato con dell'elio che rimuove l'argon. L'elio viene quindi raffreddato per estrarne l'argon. Lo svantaggio di questi rilevatori consiste nel fatto che non è possibile determinare la direzione del neutrino incidente. Fu il rilevatore al cloro di Homestake, South Dakota, contenente 520 tonnellate di fluido, che rilevo per primo il deficit di neutrini provenienti dal sole e porto al prodlema dei neutrini solari. Questo tipo di rilevatore è sensibile solo ai neutrini ν_e.
• I rilevatori al gallio sono simili a quelli al cloro, ma più sensibili ai neutrini a bassa energia. Un neutrino converte il gallio in germanio che può essere rilevato chimicamente. Anche in questo caso non si ottengono informazioni sulla direzione del neutrino.
• I rilevatori ad acqua pura come il Super-Kamiokande contengono una grande massa d'acqua, circondata da rilevatori di luce detti "tubi fotomoltiplicatori". In questi rilevatori, il neutrino trasferisce la sua energia ad un elettrone, che si muove nella materia più velocemente della luce (ma non più velocemente della luce nel vuoto). Questo genera un' "onda d'urto ottica", conosciuta come radiazione Cherenkov che può essere rilevata dai tubi fotomoltiplicatori. Questo rilevatore ha il vantaggio che il neutrino viene registrato appena entra nel rilevatore ed è possibile raccogliere informazioni sulla sua traiettoria. Fu questo tipo di rilevatore che registrò il flusso di neutrini povenienti dalla Supernova 1987a. Questo rilevatore è sensibile ai ν_e e ai ν_μ.
• I rilevatori ad acqua pesante usano tre tipi di reazione per rilevare i neutrini. La prima è la stessa dei rilevatori ad acqua pura. La seconda implica la collisione del neutrino con un atomo di deuterio, con il conseguente rilascio di un elettrone. Nella terza il neutrino spezza in due l'atomo di deuterio. I risultati di queste reazioni vengono rilevati dai "tubi fotomoltiplicatori". Questo tipo di rilevatore opera al Sudbury Neutrino Observatory ed è in grado di rilevare tutti e tre i tipi di neutrino.

Fisica

Progetto Fisica | Portale Fisica

---

|