Il Nobel per l’oscillazione del neutrino

È una scoperta fondamentale e destinata a cambiare la nostra comprensione della realtà, quella per cui qualche giorno fa Takaaki Kajita e Arthur B. McDonald sono stati insigniti del premio Nobel per la fisica: l’oscillazione del neutrino.

Questa particella, sfuggente ed elusiva, è stata ipotizzata nel 1930 da Wolfgang Pauli per spiegare diversi fenomeni, tra cui il decadimento β, ed è stata osservata sperimentalmente solo nel 1953. Per anni i fisici hanno creduto che esistesse un solo tipo di neutrino, ma è stato dimostrato che può presentarsi in tre «sapori», a seconda che sia associato a un elettrone, a un muone o a una particella tau. Sui neutrini agiscono solo forze molto deboli, e di conseguenza interagiscono pochissimo con la materia: questo spiega la loro sfuggevolezza, infatti in ogni istante milioni e milioni di neutrini attraversano il nostro pianeta e il nostro stesso corpo!
Per decine di anni, il neutrino ha dato filo da torcere ai fisici, che non capivano per quale motivo i neutrini prodotti dal sole venissero osservati in una quantità decisamente inferiore a quella prevista: appena una terzo. È proprio questo problema che Takaaki Kajita e Arthur McDonald sono riusciti a risolvere, dimostrando che i neutrini sono in grado di cambiare sapore. Questo fenomeno, noto come oscillazione del neutrino, era stato predetto nel 1957 ed è di fondamentale importanza per la sua principale conseguenza: il neutrino è dotato di massa, contrariamente a quanto previsto dal Modello Standard, che si dimostra ancora una volta inadeguato a fornire una descrizione esaustiva della realtà fisica.

I due scienziati hanno lavorato separatamente, giungendo alla stessa conclusione. Kajita, direttore dell’Istituto per le ricerche sui raggi cosmici e professore all’Università di Tokyo, ha guidato il gruppo di ricerca noto come Super-K (abbreviazione di Super-Kamioka Neutrino Detection Experiment). Grazie all’omonimo osservatorio sotterraneo fu fornita, nel 1998, la prima prova dell’oscillazione del neutrino, ma i risultati, pubblicati nello stesso anno, non erano esaustivi.

Solo grazie a McDonald sono stati raggiunti nel 2001 i primi risultati scientifici in grado di dimostrare questo fenomeno in modo diretto e completo. Il professore canadese della Queen’s University di Kingston si è avvalso per questo esperimento di una strumentazione molto simile a quella usata da Kajita, il Sudbury Neutrino Observatory, un serbatoio contenente 1000 tonnellate di acqua situato sottoterra a due chilometri di profondità.

Nonostante questi risultati costituiscano un significativo passo avanti nella descrizione scientifica della realtà, molto rimane ancora da spiegare: non è chiaro infatti quale sia l’origine della massa del neutrino. L’esistenza del bosone di Higgs, confermata qualche anno fa, ha spiegato in che modo alcune particelle acquisiscano la massa, passando continuamente da una versione «destrorsa» a una «sinistrorsa»; ma questa spiegazione non è adottabile nel caso del neutrino, che esiste solo in una delle due versioni.