L’anomalia nelle misurazioni del reattore nucleare non è dovuta a una nuova particella

I neutrini sono forse le particelle più strane che conosciamo. È molto, molto più leggero di qualsiasi altra particella di massa e interagisce con altra materia solo tramite la forza debole, il che significa che difficilmente interagisce con qualcosa. Sono stati identificati tre tipi (o sapori) di neutrini e ogni singola particella non ha un’identità fissa. In alternativa, può essere visto come una sovrapposizione quantitativa di tutti e tre i sapori e oscillerà tra queste identità.

Come se tutto ciò non bastasse, una serie di strane misurazioni hanno suggerito che potrebbe esserci un quarto tipo di neutrino che non interagisce nemmeno tramite la forza debole, rendendone impossibile la rivelazione. Questi “neutrini sterili” potrebbero spiegare le piccole masse di altri neutrini, così come la presenza di materia oscura, ma tutto ciò che è “impossibile da rilevare” rende difficile affrontare direttamente la loro presenza.

I più forti indizi della loro esistenza provengono da strani risultati di misurazioni in esperimenti con altri tipi di neutrini. Ma oggi un nuovo studio esclude i neutrini sterili come spiegazione per una di queste anomalie, assicurando anche che le anomalie siano reali.

Scoperta non rilevabile

Possiamo rilevare la presenza di particelle in due modi: o interagiscono direttamente con un’altra sostanza, oppure decadono in una o più particelle. Questo è ciò che rende i neutrini sterili non rilevabili. Sono particelle fondamentali e non dovrebbero decomporsi in nulla. Inoltre interagiscono con altra materia solo per gravità e le loro piccole masse rendono impossibile il rilevamento per questa via.

Invece, possiamo rilevarli attraverso le oscillazioni dei neutrini. Potresti impostare un esperimento che produca un certo tipo di neutrino a una velocità nota e quindi provare a rilevare quei neutrini. Se ci fossero neutrini sterili, alcuni dei neutrini da essi prodotti oscillerebbero in quell’identità, e quindi non verrebbero rilevati. Quindi finisci per misurare meno neutrini di quanto potresti aspettarti.

Questo è esattamente ciò che accadeva nei reattori nucleari. Uno dei prodotti del decadimento radioattivo (che è guidato dalla forza debole) sono i neutrini, quindi i reattori nucleari producono abbondanti quantità di queste particelle. Tuttavia, le misurazioni effettuate utilizzando rivelatori posizionati nelle vicinanze hanno rilevato circa il 6% in meno di neutrini del previsto. La rapida oscillazione nei neutrini sterili potrebbe spiegare questa discrepanza.

Ma queste esperienze sono davvero difficili. I neutrini raramente interagiscono con i rivelatori, quindi viene registrata solo una frazione di quelli prodotti. E i reattori nucleari sono ambienti incredibilmente complessi. Anche se inizi con un campione puro di un singolo isotopo radioattivo, il decadimento trasforma rapidamente le cose in un complesso miscuglio di nuovi elementi, alcuni radioattivi e altri no. I neutroni emessi possono anche convertire le apparecchiature del reattore in nuovi isotopi che potrebbero essere radioattivi. Pertanto, è difficile sapere esattamente quanti neutrini produci per cominciare e l’esatta frazione di neutrini che produci che verrà registrata dal tuo rivelatore.

Per tutte queste ragioni, è difficile essere sicuri che eventuali anomalie nelle misurazioni dei neutrini siano reali. I fisici tendono ad assumere un atteggiamento attendista nei confronti delle indicazioni che sta accadendo qualcosa di strano.