140 fisici provenienti da 26 istituti di ricerca di 11 Paesi: è l’esperimento internazionale OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) progettato alla fine degli anni ’90 con l’obiettivo di dimostrare che i neutrini muonici possono oscillare in neutrini tau. Presso i laboratori del Gran Sasso dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare è stata infatti rivelata la quinta interazione di neutrino tau.

Viaggio sotterraneo

I neutrini sono stati prodotti presso il CERN di Ginevra, prima di viaggiare verso il laboratorio sotterraneo del Gran Sasso. Grazie alle probabilità limitate di interagire con la materia, dopo aver viaggiato per 730 chilometri attraverso la Terra, i neutrini hanno raggiunto il rilevatore OPERA: 4.000 tonnellate di gigante per 2.000 metri quadri di volume e nove milioni di film fotografici. Qui una piccola frazione dei neutrini giunti ha interagito con il rilevatore, producendo quindi delle particelle che sono diventate oggetto delle osservazioni degli scienziati.

I sapori dei neutrini

Ora, in natura esistono tre diversi tipi (o “sapori”) di neutrini: elettronico, muonico e tau. I neutrini che avevano lasciato il CERN dovevano essere tutti muonici, poiché il fascio di neutrini era stato prodotto appositamente di questo tipo, ma l’intenzione dei ricercatori era proprio quella di rivelare l’eventuale presenza di neutrini di un altro sapore poiché questo avrebbe costituito la prova delle oscillazioni avvenute durante il loro volo di 730 chilometri. L’esperimento ha raccolto dati per cinque anni, dal 2008 al 2012: il primo neutrino tau è stato individuato nel 2012, il secondo e il terzo rispettivamente nel 2012 e nel 2013, il quarto nel 2014. Il quinto, fondamentale risultato, è stato annunciato nel corso di un seminario tenutosi ai laboratori del Gran Sasso.

La rivelazione del quinto neutrino tau è estremamente importante: l’osservazione diretta della transizione da neutrini muonici a tau ha ora raggiunto per la prima volta la precisione statistica di 5 sigma, il livello richiesto per una scoperta nella fisica delle particelle elementari. Possiamo dunque definitivamente annunciare la scoperta dell’apparizione di neutrini tau in un fascio di neutrini muonici. – Giovanni De Lellis, INFN, Università Federico II di Napoli, a capo del team internazionale di OPERA.

Verso una riformulazione del modello standard?

Il fenomeno dell’oscillazione del sapore ha importanti implicazioni dal punto di vista teorico poiché dimostrerebbe che i neutrini sono dotati di massa. Il modello standard, però, prevede che i neutrini siano privi di massa: ne consegue che i risultati dell’esperimento potrebbero addirittura portare a riformulare la teoria, con implicazioni non di poco conto per la fisica delle particelle e per la cosmologia.

Inizialmente l’idea delle oscillazioni era nata come ipotesi di un fenomeno, per il resto, molto poco conosciuto: nel 1998 era stato mostrato che i neutrini muonici prodotti dalle interazioni di raggi cosmici giungono sulla Terra in quantità minore di quanto atteso. I risultati ottenuti grazie ad OPERA confermano proprio che i neutrini mancanti sono quelli muonici che hanno oscillato in neutrini tau.