SHINE illumina i raggi di neutrini

L'esperimento NA61 del CERN, noto anche come SHINE, ha effettuato nuove misurazioni che aiuteranno i fisici a capire il contenuto dei fasci di neutrini utilizzati negli esperimenti negli Stati Uniti

7 giugno 2023

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Di Ana Lopes

La sala sperimentale dove si trova NA61/SHINE (Immagine: CERN)

Al momento del Big Bang, 13,8 miliardi di anni fa, si pensa che ogni particella di materia sia stata prodotta insieme ad un equivalente di antimateria di carica elettrica opposta. Ma nell’Universo attuale c’è molta più materia che antimateria. Perché ciò avvenga è una delle più grandi domande della fisica.

La risposta potrebbe risiedere, almeno in parte, nelle particelle chiamate neutrini, che sono prive di carica elettrica, sono quasi prive di massa e cambiano la loro identità – o “oscillano” – da uno dei tre tipi all’altro mentre viaggiano attraverso lo spazio. Se i neutrini oscillassero in modo diverso rispetto ai loro equivalenti di antimateria, gli antineutrini, potrebbero aiutare a spiegare lo squilibrio materia-antimateria nell’Universo.

Esperimenti in tutto il mondo, come l’esperimento NOvA negli Stati Uniti, stanno studiando questa possibilità, così come gli esperimenti di prossima generazione tra cui DUNE. In questi esperimenti di oscillazione dei neutrini a linea di base lunga, un fascio di neutrini viene misurato dopo aver percorso una lunga distanza: la linea di base lunga. L'esperimento viene poi condotto con un fascio di antineutrini, e il risultato viene confrontato con quello del fascio di neutrini per vedere se le due particelle gemelle oscillano in modo simile o diverso.

Questo confronto dipende da una stima del numero di neutrini nei fasci di neutrini e antineutrini prima del loro viaggio. Questi fasci sono prodotti sparando fasci di protoni su bersagli fissi. Le interazioni con il bersaglio creano altri adroni, che vengono focalizzati tramite "corni" magnetici e convogliati in lunghi tunnel nei quali si trasformano in neutrini e altre particelle. Ma in questo processo a più fasi, non è facile calcolare il contenuto di particelle dei fasci risultanti – compreso il numero di neutrini che contengono – che dipende direttamente dalle interazioni protone-bersaglio.

Entra nell'esperimento NA61 al CERN, noto anche come SHINE. Utilizzando fasci di protoni ad alta energia provenienti dal Super Sincrotrone Protonico e target appropriati, l'esperimento può ricreare le relative interazioni protone-bersaglio. NA61/SHINE ha precedentemente effettuato misurazioni degli adroni carichi elettricamente che vengono prodotti nelle interazioni e producono neutrini. Queste misurazioni hanno contribuito a migliorare le stime del contenuto dei fasci di neutrini utilizzati negli esperimenti esistenti a lungo termine.

La collaborazione NA61/SHINE ha ora rilasciato nuove misurazioni degli adroni che aiuteranno a migliorare ulteriormente queste stime. Questa volta, utilizzando un fascio di protoni con un’energia di 120 GeV e un bersaglio di carbonio, la collaborazione ha misurato tre tipi di adroni elettricamente neutri che decadeno in adroni carichi che producono neutrini.

Questa interazione protone-carbonio da 120 GeV viene utilizzata per produrre il fascio di neutrini di NOvA e probabilmente verrà utilizzata anche per creare il fascio di DUNE. Le stime del numero dei diversi adroni neutri che producono neutrini prodotti dall'interazione si basano su simulazioni al computer, il cui risultato varia in modo significativo a seconda dei dettagli fisici sottostanti.

"Fino ad ora, le simulazioni per gli esperimenti sui neutrini che utilizzano questa interazione si sono basate su estrapolazioni incerte da misurazioni precedenti con energie e nuclei bersaglio diversi. Questa nuova misurazione diretta della produzione di particelle da protoni da 120 GeV sul carbonio riduce la necessità di queste estrapolazioni." spiega il vice portavoce di NA61/SHINE Eric Zimmerman.

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Vuoi saperne di più sui neutrini? Unisciti al CERN, al Fermilab e al Sanford Underground Research Facility (SURF) per un live streaming interattivo il 15 giugno alle 18:00 CEST.