Neutrini: un nuovo studio tutto italiano mette alla prova il Modello Standard, con conferme e sorprese

ROMA\ aise\ - Conferme sul Modello Standard e indizi di nuova fisica arrivano dal recente studio “Il Modello Standard testato con i neutrini”, pubblicato su Physical Review Letters e condotto da ricercatori e ricercatrici dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) delle sezioni di Cagliari, Tor Vergata e Torino, dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, e del Gran Sasso Science Institute GSSI. Lo studio mette a sistema decenni di dati provenienti da diversi esperimenti sui neutrini a bassa energia per produrre un test unificato e altamente preciso del Modello Standard, la teoria che descrive le particelle elementari e le loro interazioni.
“Fino a oggi questi dati sperimentali sono stati considerati come tessere separate di un mosaico. Raccordandoli per la prima volta, abbiamo trasformato lo studio dei neutrini a bassa energia in un test di altissima precisione per il Modello Standard”, spiega Matteo Cadeddu, ricercatore della sezione INFN di Cagliari. “I risultati dimostrano che la chiave per la nuova fisica può nascondersi anche nei dettagli più sottili e nelle interazioni delle particelle più sfuggenti, se indagate con la giusta metodologia”.
Teorizzati nel 1930 da Wolfgang Pauli, accolti nel 1934 nella teoria del decadimento beta di Enrico Fermi, e confermati sperimentalmente nel 1956 da Reines, Cowan e i loro collaboratori, i neutrini – spiega l’INFN – sono spesso chiamati “particelle fantasma” proprio a causa della loro elusività: interagiscono estremamente di rado con la materia e ci attraversano continuamente quasi senza lasciare traccia.
Tuttavia, nel tempo la realizzazione di esperimenti sempre più sensibili e basati su approcci differenti ha permesso l’osservazione di queste particelle, prodotte da reattori nucleari o acceleratori di particelle, oppure provenienti dal Sole.
Tutti questi esperimenti hanno ottenuto risultati indipendenti tra loro, che gli autori di questo studio hanno ora organizzato in un unico quadro coerente, ottenendo risultati originali, come la determinazione del raggio di carica del neutrino – ovvero quanto “grande” appaia il neutrino alla forza elettromagnetica – e misure aggiornate sui parametri che descrivono l’interazione del neutrino con l’elettrone.
“Attribuire un raggio di carica o una dimensione a una particella neutra e puntiforme come il neutrino appare controintuitivo. In realtà, nella teoria quantistica dei campi anche una particella elettricamente neutra può possedere un raggio di carica efficace e misurabile, che riflette il modo in cui risponde all’interazione elettromagnetica”, spiega Nicola Cargioli, ricercatore della sezione INFN di Cagliari. “Aver isolato questa proprietà all’interno di decenni di misure rappresenta un traguardo significativo: ci conferma che per trovare nuova fisica possiamo guardare anche alle proprietà più impercettibili delle particelle”.
Accanto a questa solida conferma del Modello Standard, l’analisi ha mostrato anche un altro elemento interessante. I dati, pur essendo compatibili con la teoria attuale, lasciano aperta la possibilità di uno scenario alternativo: emerge infatti una soluzione “speculare” delle interazioni deboli, ossia una diversa configurazione possibile dei parametri che descrivono queste interazioni, che risulta al momento favorita dal punto di vista statistico.
“Non siamo ancora di fronte a una prova definitiva”, afferma Mattia Atzori Corona, ricercatore della sezione INFN di Roma Tor Vergata. “Spetterà agli esperimenti futuri chiarire se stiamo osservando una fluttuazione statistica o una reale deviazione dalle previsioni del Modello Standard”.
Il risultato complessivo è dunque duplice. Da un lato, il Modello Standard supera una prova particolarmente rigorosa, restringendo in modo significativo lo spazio per nuove interazioni esotiche. Dall’altro lato, l’analisi rivela una piccola ma intrigante deviazione dalla previsione dei libri di testo, un indizio che non è conclusivo ma che sarà importante esaminare con misurazioni future. In questo senso, il lavoro stringe la rete attorno alla possibilità di nuova fisica e dà anche un’indicazione di dove potrebbero emergere i prossimi indizi.
Oltre a ciò, lo studio pone le basi per un nuovo programma di ricerca: l’utilizzo di rivelatori di neutrini a bassa energia e di materia oscura sempre più sensibili come strumenti di precisione, in grado di eseguire test che un tempo sembravano richiedere solo collisori ad altissima energia. Il lavoro offre così un nuovo punto di riferimento per gli esperimenti in corso e futuri, e su come le misurazioni dei neutrini “su scala ridotta” possano continuare a sfidare la nostra migliore teoria delle particelle fondamentali. (aise)