I neutrini sono particelle debolmente interagenti e non cariche che sono disponibili in tre diversi tipi: i neutrini elettronici, muoni e tau. Rispetto a quelle della maggior parte delle altre particelle elementari, le masse dei neutrini sono minuscole. Sebbene le oscillazioni dei neutrini abbiano dimostrato che i neutrini hanno massa, le loro masse effettive sono sconosciute. Ora secondo un articolo pubblicato sulla rivista Nature, la massa dell’antineutrino elettronico è stata determinata come inferiore a un elettronvolt o 1,6 × 10–36 kg.
La collaborazione KATRIN, guidata dalla Germania con l’Istituto di Tecnologia di Karlsruhe, ha studiato il trizio, un isotopo radioattivo che decade in elio, un elettrone e un antineutrino elettronico – l’antiparticella di un neutrino elettronico. A seconda della massa del neutrino, la distribuzione di energia massima del decadimento può variare. Aumentando il numero di decadimenti del trizio, riducendo al contempo le contaminazioni da altri tipi di decadimento radioattivo, il team è stato in grado di rivelare che la massa effettiva dell’antineutrino elettronico è inferiore a 0,8 elettronvolt o 1,6 × 10–36 kg.
“Nonostante i neutrini siano, insieme ai fotoni, le particelle più comuni dell’intero universo, non ne conosciamo ancora con precisione la massa” e “riuscire a determinarla è una sfida difficilissima”, ha osservato Angelo Nucciotti, dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) e dell’Università di Milano Bicocca. Due le difficoltà maggiori: innanzitutto la massa dei neutrini è incredibilmente piccola e in seconda battuta perché i neutrini sono particelle sfuggenti. Queste particelle, infatti, interagiscono solo molto raramente con la materia, tanto che i nostri corpi sono continuamente attraversati senza danni da milioni di neutrini che si producono negli strati alti dell’atmosfera dall’impatto dei raggi cosmici.
La combinazione di questo risultato con le misurazioni della prima campagna di KATRIN ha permesso di affinare la massa dei neutrini, facendo avanzare a poco a poco la nostra comprensione dei neutrini. “Il lavoro fatto dalla collaborazione Katrin è molto interessante perché è una delle primissime misure dirette della massa dei neutrini“, ha precisato Nucciotti. Il risultato pone un limite massimo alla loro massa “e nei prossimi anni, grazie a una serie di miglioramenti dell’esperimento, il margine di incertezza potrà essere ridotto di molto”.
Conoscerne precisamente la massa ha implicazioni importanti su due fronti apparentemente molto distanti tra loro: dalla fisica delle particelle alla cosmologia. “Conoscere quel numero – ha aggiunto il fisico dell’INFN – permetterà di capire meglio cosa avviene a livello subatomico ma anche di eliminare grandi incertezze negli studi cosmologici. I neutrini sono infatti una delle particelle più comuni dell’universo e ad oggi non sappiamo ancora con precisione quale sia il loro contributo. Di fatto li dobbiamo trattare come un parametro incognito. Conoscere quel valore permetterebbe di eliminare molte incertezze”.
