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Una bilancia per neutrini

 By Eniday Staff

Si chiama KATRIN, è di Karlsruhe, nel Baden-Wuttemberg, il land sud-occidentale della Germania. Non è esile, niente affatto. Anzi, è robusta, diciamo enorme, lunga 70 metri e alta 10. Pesantissima: 200 tonnellate. Il nome femminile è dovuto alla sua più antica etimologia: KATRIN, Caterina in italiano, deriva dal greco antico kataròs, cioè pura…

E di purezza ce ne vuole davvero tanta per pesare una cosa che dovrebbe avere (condizionale d’obbligo) una massa tra centomila e 10 milioni di volte inferiore a quella dell’elettrone, che certo molto pesante non è. Sì, perché KATRIN è una bilancia. Grande, gigantesca, dotata di una meccanica precisissima e di un sistema di controllo elettronico sofisticatissimo, ma pur sempre una bilancia, e il suo scopo è misurare, una volta per tutte la massa del neutrino. Ma andiamo con ordine. Il neutrino è nato, se così si può dire, nel rione Monti di Roma, in via Panisperna, dove, tra le due guerre mondiali, era la sede del Regio Istituto di Fisica dell’Università di Roma. Tra i “ragazzi di via Panisperna”, come veniva soprannominato quel gruppo di giovani ricercatori cui si deve un pezzo fondamentale delle conoscenze scientifiche di oggi, c’erano, come sappiamo bene, anche Enrico Fermi e Edoardo Amaldi. E fu a questi che venne la strana idea di chiamarlo così, scherzosamente: neutrino, in opposizione a neutrone, la particella che costituisce insieme al protone i nuclei di ogni atomo di questo mondo. Che il neutrino esistesse lo aveva postulato Wolfgang Pauli nel 1930, per spiegare l’andamento continuo del decadimento degli atomi radioattivi. Che non potesse non esistere lo aveva affermato a Bruxelles Enrico Fermi durante la Conferenza Solway del 1933. Che esistesse davvero lo avevano stabilito nel 1956 gli americani Clyde Cowan e Fred Reines. Infine, che avesse determinate caratteristiche fisiche l’hanno chiarito gli esperimenti compiuti dagli anni Novanta in poi nei laboratori del Gran Sasso, dove quella minuscola particella riesce ad essere rilevata senza la fastidiosa nebbia prodotta da raggi cosmici ad altri guastafeste.

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Il fantascientifico osservatorio di neutrini Kamioka costruito sotto una montagna in Giappone (sk.icrr.u-tokyo.ac.jp)

E tra le caratteristiche osservate in Abruzzo ce n’era una sorprendente: fino a quel momento si riteneva che il neutrino, oltre a non possedere carica elettrica, fosse anche privo di massa, il che avrebbe spiegato il fatto che esso attraversa la materia comune, quella di cui sono fatte le cose, compresi noi stessi, senza colpo ferire, come se per lui tutto fosse trasparente. Invece, si è poi capito che il neutrino una massa la possiede, infinitesima, ma reale. E il suo passare attraverso la materia come se fosse “Alice nel paese delle meraviglie”, è dovuto all’assenza di interazione con la forza nucleare forte (quella che tiene insieme i nuclei degli atomi di ciò che chiamiamo materia) e con la forza elettromagnetica (non presentando carica elettrica, il neutrino, come il suo enorme cugino neutrone, va dove gli pare), mentre interagisce con la forza gravitazionale (e infatti “cade” anche sulla Terra, salvo poi trapassarla bellamente) e la forza nucleare debole (quella che provoca il decadimento dei nuclei degli atomi radioattivi).

La sfida di KATRIN

Ma arriviamo alla misurazione della massa del neutrino. Per evitare il rischio che questa massa fosse inferiore al limite di misura di un qualsiasi marchingegno, occorreva una macchina spaventosamente precisa. Cosa che si è puntualmente avverata: dall’immensa e precisissima bilancia di KATRIN (Karlsruhe Trtitium Neutrino experiment) è risultato pesare meno di 1,96×10-33 grammi (pari a 1,96 milionesimi di miliardesimi di miliardesimi di miliardesimi di grammo), che è, appunto, il limite inferiore di misura di KATRIN. Ma si può tentare di nuovo, abbassando questo limite. Ma come?

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KATRIN, la "bilancia" per neutrini (katrin.kit.edu)

In effetti, KATRIN non è una bilancia come quella della cucina e nemmeno come quella dei laboratori di chimica. KATRIN è un rilevatore di massa e funziona, schematicamente, così: quando un atomo di trizio, un cugino radioattivo dell’idrogeno, decade disintegrandosi, emette un elettrone e un neutrino, esattamente come fa il Sole dal quale giungono i neutrini che punzecchiano il Gran Sasso. Se si conosce l’energia iniziale dell’atomo e si misura l’energia dell’elettrone, per differenza si deduce l’energia del neutrino e, quindi, la sua massa. In fondo è, utilizzato al contrario, il principio di una bilancia da mercato, di una stadera, che ci dice quando un chilo di pesche è un chilo di pesche perché l’asse è in bilico perfetto, cioè non c’è differenza. Qui, invece, ad informarci è proprio la differenza. Ma è talmente piccola da rendere difficile la vita dei ricercatori. Ci riproveranno a partire dalla fine di ottobre, ma si prevede che per aumentare di cinque volte la sensibilità di misura di KATRIN serviranno almeno un paio d’anni di esperimenti e di misure.
Buon lavoro a tutti.

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