Gli elusivi neutrini e la materia oscura potrebbero far luce sul dominio della materia sull’antimateria
Il modello standard della fisica delle particelle, che per decenni ha regnato come modello di definizione del mondo fisico, è stato messo in discussione da una lista crescente di fenomeni naturali che non sembrano adeguarsi. Le oscillazioni del neutrino, la materia oscura e l’energia, lo squilibrio tra materia e antimateria indicano nuovi modelli di fisica più fedeli alla natura. Il progetto InvisiblesPlus, finanziato dall’UE, rivela intriganti spunti sulle identità e proprietà nascoste dei neutrini e dei candidati alla materia oscura e risponde a domande sulle simmetrie fondamentali della natura.
Neutrini, antineutrini e asimmetrie nascoste
Quasi ogni particella ha una controparte nell’antimateria: una particella con la stessa massa ma con carica e momento magnetico opposti. Ma i neutrini non hanno carica elettrica, il che aumenta la possibilità che neutrini e antineutrini siano la stessa cosa. «L’assenza di antimateria nel nostro Universo visibile potrebbe essere spiegata se i neutrini fossero le loro stesse antiparticelle. Questa possibilità implicherebbe l’esistenza di nuove particelle ancora non osservate. Abbiamo dimostrato che queste masse di particelle possono essere alla portata di esperimenti presenti e futuri, e abbiamo progettato nuove strategie per cercarle. La nostra nuova proposta implica che nuove particelle, che contengono la chiave dell’assenza di antimateria nell’Universo, possano essere scoperte a breve», osserva Belen Gavela, coordinatrice di InvisiblesPlus. Le oscillazioni del neutrino, derivante dalla miscelazione tra il loro sapore e gli autostati di massa, implicano che il neutrino abbia una massa non zero. L’analisi dei dati di oscillazione del neutrino ha messo in evidenza nuovi limiti e migliorato le misurazioni dei valori dei parametri di miscelazione del neutrino. InvisiblesPlus ha anche fornito nuove possibilità sul valore assoluto delle masse di neutrini dalle analisi dei dati cosmologici. Nell’esperimento sul neutrino T2K, i membri del progetto hanno riportato differenze tra le oscillazioni dei fasci di neutrini e antineutrini. Questa misurazione dell’asimmetria dell’oscillazione neutrino-antineutrino potrebbe avvicinare gli scienziati alla spiegazione dell’esistenza del nostro Universo dominato dalla materia.
Collegare i misteri dell’antimateria e della materia oscura
La sorprendente assenza di antimateria primordiale nell’Universo potrebbe avere la sua origine nella materia oscura. Oltre ai neutrini (sterili), la materia oscura potrebbe essere costituita da assioni. «Il modo in cui gli assioni interagiscono con la materia e l’antimateria potrebbe fornire importanti indizi sulla preponderanza della materia sull’antimateria», osserva Gavela. Studi teorici condotti da scienziati del progetto hanno suggerito che gli assioni, in quanto potenziali candidati alla materia oscura, siano particelle molto più pesanti del previsto. Nell’esperimento alla ricerca dell’assione della materia oscura (ADMX), il team ha sollevato i più stringenti vincoli al mondo sugli assioni, escludendo gli assioni di una certa gamma di massa come materia oscura. Ha anche rafforzato i vincoli sulle proprietà della materia oscura nell’esperimento XENON. «È estremamente interessante che ci sia una “sinergia tecnica” tra le ricerche sui neutrini e la materia oscura. Per esempio, una tecnica sperimentale basata su elementi nobili (come nell’esperimento XENON) può servire a rivelare direttamente la materia oscura e a discernere se i neutrini sono le loro stesse antiparticelle», spiega Gavela. Non si sa ancora se i neutrini acquisiscano massa attraverso il meccanismo di Higgs. Le particelle elementari della materia oscura non sono state scoperte. «Non abbiamo ancora indizi sull’origine della massa e sui valori di massa dei neutrini e della materia oscura. Forse l’insieme di materia ordinaria, neutrini e materia oscura deve essere contemplato nel suo complesso, come una nuova tavola periodica, per capire l’origine della massa», conclude Gavela.
Parole chiave
InvisiblesPlus, neutrino, materia oscura, antimateria, massa, assione, antineutrino
