Un team di ricerca internazionale guidato da fisici dell’Università della California, Irvine (UC Irvine) è riuscito a rilevare per la prima volta segni di neutrini all’interno di un acceleratore di particelle. Queste minuscole particelle, note come particelle fantasma, sono state scoperte durante un test di un nuovo rivelatore in miniatura installato presso l’Istituto europeo di fisica delle particelle (CERN), il Large Hadron Accelerator (LHC) vicino a Ginevra, in Svizzera.

Questa è la prima volta che vengono trovati neutrini all’interno di un acceleratore di particelle creato dall’uomo. Questa scoperta è significativa perché apre una nuova finestra per gli scienziati per esplorare il mondo subatomico. I risultati di questo studio, che ha osservato l’interazione di sei neutrini durante la corsa sperimentale, sono stati pubblicati nel numero del 24 novembre di Physical Review D, una rivista internazionale pubblicata dall’American Physical Society.

Il team FASER combina un nuovo rilevatore chiamato FASERnu con il dispositivo FASER. CERN

“Prima di questo progetto, non sono stati trovati segni di neutrini negli acceleratori di particelle”, ha affermato il dott. Jonathan Feng, professore di fisica presso l’Università della California, Irvine e coautore dello studio. È un primo passo per favorire una più profonda comprensione del ruolo. Stanno giocando.”

I neutrini, una delle particelle fondamentali che compongono l’universo, raramente interagiscono con altre particelle e attraversano la maggior parte della materia, quindi sono chiamati “particelle fantasma”. Tuttavia, i neutrini sono sempre intorno a noi perché provengono anche da reazioni di fusione nel sole, esplosioni di supernova, raggi cosmici, decadimento delle radiazioni e reazioni di fissione nelle centrali nucleari.

Installazione di un reagente emulsione pressurizzata nell’LHC

Circa 100 miliardi di neutrini attraversano un’area di 1 cm2 del nostro corpo ogni secondo. Tuttavia, i neutrini sono difficili da rilevare perché non hanno carica, hanno poca massa e raramente interagiscono con altri tipi di materia.

Tuttavia, il fatto che siano difficili da rilevare non significa che i neutrini non possano essere rilevati affatto. In famosi esperimenti di rilevamento di neutrini come il Super Kamiokande in Giappone, il MiniBooNE presso il Fer American National Accelerator Laboratory negli Stati Uniti e l’Ice Cube in Antartide, i neutrini generati indirettamente dal Sole sono stati rilevati indirettamente attraverso la radiazione Cherenkov.

Questo perché le particelle che si muovono più velocemente della luce possono emettere una debole luce blu quando passano attraverso un mezzo che riduce la luce come l’acqua, proprio come un SST provoca un boom sonico. Trovando la luce, gli scienziati possono rilevare tracce di sottoprodotti di particelle lasciate dai neutrini.

FASER si trova a 480 metri dall’IP ATLAS di LHC. © CERN

Tuttavia, mentre un tale esperimento può rilevare i segnali dei neutrini che fluiscono dal Sole attraverso la Terra, è più difficile rilevare i neutrini ad alta energia che vengono generati quando le particelle si scontrano all’interno di un acceleratore di particelle. Per rilevare questi neutrini, il team del progetto Forward Search Experiment (FASER) del CERN ha installato un piccolo rilevatore di emulsioni all’LHC nel 2018.

Questo apparato sperimentale consiste di piombo alternato, piastre di tungsteno e strati di emulsione. Durante le collisioni di particelle nell’LHC, alcuni neutrini rompono i nuclei del metallo denso e creano particelle che passano attraverso lo strato di emulsione e lasciano segni visibili.

I ricercatori sono stati anche in grado di identificare i tre tipi di neutrini che hanno scoperto: neutrini tau, neutrini muonici e neutrini elettronici.

Studio sulla differenza tra neutrini e antineutrini

Il team FASER di 76 fisici provenienti da 21 istituzioni in 9 paesi sta integrando un nuovo rivelatore chiamato FASERnu con lo strumento FASER. L’attuale piccolo rivelatore sperimentale pesa circa 29 kg, ma il FASERnu dovrebbe pesare più di 1088 kg.

I ricercatori affermano che il nuovo rivelatore non è solo più sensibile alla rilevazione dei neutrini, ma può anche rilevare la differenza tra i neutrini e la loro antimateria, chiamata antineutrino.

Quando l’LHC tornerà a funzionare l’anno prossimo, i ricercatori hanno in programma di utilizzare FASERnu per studiare in profondità i neutrini generati all’interno dell’acceleratore di particelle.

“Date le prestazioni del nuovo rivelatore e la sua posizione principale al CERN, prevediamo di registrare più di 10.000 interazioni di neutrini nel prossimo round di LHC, a partire dal 2022”, ha affermato il coautore dello studio, il dott. David Kasper dell’Università di California. Irvine. “Scopriremo i neutrini a più alta energia prodotti da dispositivi artificiali”.

Ma il nuovo rivelatore non rileva solo i neutrini. I ricercatori affermano che stanno preparando esperimenti per rilevare “fotoni oscuri”, che i fisici ritengono siano strettamente correlati alla materia oscura, che è nota per costituire circa l’85% della materia nell’universo.

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