Il neutrino

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neutrino
Fisica nuclearesm. [sec. XX; da neutro]. In fisica nucleare, particella fondamentale (simbolo n) neutra, di massa
praticamente nulla e spin semintero. Fu ipotizzata da W. Pauli nel 1931 per rendere conto
dell'energia e della quantitа di moto mancanti nel processo nucleare noto come decadimento
beta. Negli anni successivi E. Fermi formulт una teoria dell'interazione debole basata
sull'esistenza del neutrino. Il n. fu rivelato per la prima volta da Frederick Reines (al quale, per
questa scoperta, nel 1995 и stato assegnato il premio Nobel per la fisica) e Clyde Cowan jr. nel
1956 e attualmente и considerato un membro della famiglia dei leptoni, particelle apparentemente
prive di dimensioni misurabili e di struttura interna. Tale famiglia comprende 3 tipi di particelle a
ciascuna delle quali и associato un tipo diverso di n.; si hanno quindi il n. elettronico, ne,
associato all'elettrone; il n. muonico, nm, associato al muone, il n. tau, nt, associato alla
particella tau. Per ogni tipo di n. esiste l'antineutrino, cioи la sua antiparticella, associato
all'antiparticella corrispondente. Al n. dei 3 tipi viene convenzionalmente assegnato numero
leptonico +1 e all'antineutrino il numero -1. Le interazioni del n. con la materia sono
estremamente improbabili in quanto la sua massa, anche se non dovesse risultare nulla, come и
possibile, и certamente molto piccola. Le interazioni dei n. con la materia si osservano,
comunque, comunemente nei fasci di particelle prodotte in acceleratori di particelle e in reattori
nucleari. Lo studio di queste interazioni costituisce la base di una nuova branca della fisica in
continuo sviluppo: la fisica del neutrino, la quale ha giа ottenuto grandi successi nello studio e
nella scoperta di costituenti fondamentali della materia, come i quark, e nella conferma di leggi
fondamentali della natura, come l'unificazione della forza nucleare debole e della forza
elettromagnetica.AstrofisicaIn astrofisica i n. rivestono un ruolo di eccezionale importanza in quanto la loro bassissima
capacitа d'interazione con la materia ordinaria li rende portatori tipici di informazioni direttamente
dagli interni stellari; una facoltа che, nei riguardi delle sorgenti celesti, non и conseguibile con i
mezzi ottici o radioelettrici tradizionali. Si distinguono piщ origini nel flusso dei n. che ci
provengono dallo spazio esterno. A) N. dalle stelle. Le reazioni di nucleosintesi che si
sviluppano nel nocciolo (core) termico delle normali stelle di sequenza generano n. aventi
energia max di 18,77 MeV in corrispondenza della fusione di un protone con l'isotopo 3He. Nelle
stelle dotate di alta densitа e di temperature superiori a 109 K, la produzione neutrinica viene
sostenuta da processi di trasformazione di coppie elettroniche, o per fotodissociazione dei nuclei
atomici, o per urto fotone-fotone. Quest'ultime reazioni divengono importanti se l'astro entra in
fase di supernova. Ricordiamo che la deflagrazione della 1987A nella Grande Nube di Magellano
ha infatti fornito ben 19 eventi di rivelazione neutrinica, tutti correlabili con la comparsa ottica del
cataclisma celeste, osservati contemporaneamente entro le vasche sotterranee di acqua
distillata di Morton (Cleveland) e di Kamiota (Tokyo). B) N. dal Sole. Si conoscono un certo
numero di reazioni a sostegno della produzione di n. nel core solare. Esse oltre all'idrogeno,
riguardano le reazioni secondarie che coinvolgono l'azoto, il boro, l'ossigeno. Nel 1967, lo
statunitense R. Davis, limitatamente ai n. connessi con la reazione del boro, escogitт un metodo
di rilevamento tramite cloro interrando, a 1490 m entro una miniera del Dakota, un serbatoio di
390.000 litri di tetracloroetilene. Il numero dei n. rivelati in tale esperimento и risultato sempre
inferiore (da tre a cinque volte) a quello previsto dal modello teorico; viceversa il recente
esperimento Gallex realizzato dal C.N.R. nei laboratori sotterranei del Gran Sasso, e usante
come rivelatore il gallio, sensibile ai n. prodotti da tutte le reazioni solari, avrebbe riscontrato
risultati piщ consoni alle teorie solari correnti. La soluzione definitiva della questione dei n. solari
potrebbe favorire una revisione delle teorie solari e stellari, insieme a un'acquisizione piщ
rigorosa circa la natura dei n. i quali potrebbero, in effetti, "oscillare" fra i differenti tipi
(elettronico, muonico, tauonico) . C) N. cosmologici. La teoria del big-bang prevede l'avvenuta
produzione di una radiazione neutrinica (mare neutrico) connessa a processi di conversione
protone ' neutrone nel corso dell'era adronica allorchй la temperatura della "palla di fuoco" era
non inferiore a 1012 K. I metodi di rivelazione di questa categoria di n. si basano essenzialmente
sul rilevamento dei raggi cosmici, tenendo conto che le aspettative riguardano una radiazione
corpuscolare che l'espansione dell'Universo ha raffreddato a livelli termici di ca. 1,9 K. Si tratta,
quindi, di n. di bassa energia (~1 eV) di difficile rilevamento, il cui cammino libero medio si aggira
intorno a 1020 volte il raggio dell'Universo. Numerosi sono gli esperimenti in corso per la
rivelazione dei n. di origine non solare.
Tutti si basano su una prevista interagibilitа della particella durante l'attraversamento di notevoli
spessori d'acqua (liquida, o allo stato solido): a essa, seguirebbe la produzione di un muone e di
uno sciame di particelle secondarie, accompagnata da emissione di radiazioni Cerenkov che
grappoli di fotomoltiplicatori e di fotocellule avrebbero il compito di rilevare. Ricordiamo gli
impianti Amanda (fra i ghiacci antartici); quelli subacquei di Dumond (Oceano Pacifico); NT-36
(lago Bajkal); Nestor (Egeo); quelli sotterranei di Kamiokande e di Superkamiokande (Giappone). Il
mistero della massa da attribuire al n. pare finalmente sciolto con un recentissimo (1995)
esperimento effettuato nei laboratori di Los Alamos. Esso confermerebbe un valore debolissimo
(solo qualche centomillesimo di quello elettronico) che - pur da comprovare nella colossale vasca
di 22 mila m3 d'acqua purissima dell'impianto giapponese - tuttavia non sarebbe incompatibile
con le previsioni della teoria inflazionaria dell'Universo. И stata anche riscontrata una netta
anticorrelazione fra i flussi dei n. cosmologici e l'attivitа magnetica del Sole, nel senso che
l'intensitа deiprimi sembra diminuire alle epoche dei massimi solari: ciт, a detta dei fisici,
imporrebbe di attribuire ai n. un momento magnetico intrinseco, non previsto nella teoria standard
delle particelle .BibliografiaE. Fermi, Particelle elementari, Torino, 1952; J. S. Allen, The Neutrino, Princeton (New Jersey),
1958; C. S. Wu, The Neutrino, New York, 1960; E. Segrй, Nuclei e particelle, Bologna, 1966; I.
Kaplan, Nuclear Physics, Reading (Massachusetts), 1971; M. J. Strong, Neutrino e anti-neutrino,
New York, 1982.