Massa del neutrino, il limite massimo


Crediti: UCL, NASA/CXC/SAO

di Michele Ferrara, Direttore Responsabile della Rivista L’Astrofilo

 

Che il neutrino abbia una massa è un fatto abbastanza certo, ma quale ne sia il valore è invece una questione ancora aperta. Ora, però, c’è un nuovo limite superiore, equivalente a 0,28 elettronvolts, reso noto durante un meeting tenutosi ieri e l’altro ieri presso la University College London.

Dietro a quel numero c’è un lavoro svolto da astrofisici della stessa UCL sull’imponente Mega Z, una mappa 3D formata da 700mila galassie registrate nell’ambito della Sloan Digital Sky Survey.

Il lavoro è consistito nell’applicare alle immagini galattiche un nuovo metodo di misura del colore, attraverso il quale è stato possibile determinare la distanza delle singole galassie e di ricostruire il comportamento su grande scala degli ammassi di galassie, includendo l’effetto gravitazionale della materia oscura.

Di che cosa sia costituita quest’ultima non esiste certezza, ma fra tutti gli ipotetici candidati sono proprio i neutrini a rivestire un ruolo privilegiato, sebbene attualmente non sembra che il loro peso nel computo totale della materia dell’universo possa superare l’1%. Tuttavia, ipotizzando le materia oscura identificabile dal comportamento degli ammassi di galassie (anche in relazione alla fluttuazione del fondo cosmico) sia realmente costituita di neutrini, conoscendone la densità media è stato possibile fissare il nuovo limite superiore alla loro massa.

Secondo gli autori della ricerca (Shaun Thomas, Ofer Lahav e Filipe Abdalla), attraverso survey più mirate, come ad esempio la Dark Energy Survey, che vede impegnata l’UCL, sarà possibile ritoccare ulteriormente il valore della massa del neutrino, probabilmente portando il limite superiore a non più di 0,1 elettronvolts.
Il lavoro è di prossima pubblicazione su Physical Review Letters.

Fonte: Le news di Astronomia e Astronautica de L’Astrofilo: http://www.astropublishing.com/news2010/giugno/240610.htm.

Michele Ferrara

Un “navigatore italiano”scopre nuovi mondi

Fisica computazionale
Un “navigatore italiano”scopre nuovi mondi

di Giovanni Boaga

«Ma sapete, signor Simplicio, quel che accade? Sí come a voler che i calcoli tornino sopra i zuccheri, le sete e le lane, bisogna che il computista faccia le sue tare di casse, invoglie ed altre bagaglie, cosí, quando il filosofo geometra vuol riconoscere in concreto gli effetti dimostrati in astratto, bisogna che difalchi gli impedimenti della materia; che se ciò saprà fare, io vi assicuro che le cose si riscontreranno non meno aggiustatamente che i computi aritmetici». Così Galileo faceva dire a Salviati nella Giornata seconda del Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo tolemaico e copernicano, illustrando chiaramente uno dei punti essenziali della sua metodologia: la realizzazione di esperimenti che si concentrino sugli aspetti veramente essenziali di un fenomeno, trascurando quelli secondari. Solo in questo modo, per Galileo, è possibile comprendere il mondo reale, « […]intender la lingua e conoscer i caratteri, ne’ quali è scritto. Egli è scritto in lingua matematica e i caratteri son triangoli, cerchi ed altre figure geometriche».

Non sempre, però, la “prescrizione galileiana” è semplice da attuare e la selezione degli aspetti essenziali di un fenomeno può presentare problemi insormontabili. È anche per questo che in molti settori della fisica oggi si fa uso di esperimenti, per così dire, “addomesticati”. In una sorta di “terra di mezzo” tra la fisica teorica e quella sperimentale, computer equipaggiati con software sofisticati permettono la ricostruzione di un mondo virtuale che porta alle estreme conseguenze la semplificazione galileiana, consentendo lo studio di quello che si ritiene essenziale. È la fisica computazionale, praticata in molti settori come la fisica dei solidi o la meccanica dei fluidi, che consente l’indagine di problemi difficili da trattare in modo matematicamente rigoso. Ma non è molto noto che alla nascita di questo approccio di studio ha contribuito, tra i primi, il più grande fisico italiano del novecento: Enrico Fermi.

La popolarità di Fermi è legata al formidabile gruppo creato all’Istituto di fisica dell’Università di Roma alla fine degli anni venti, i cosiddetti “ragazzi di via Panisperna”, allo studio delle proprietà dei neutroni lenti, al Progetto Manhattan, ma i suoi contributi alla fisica teorica non sono certamente meno importanti. La teoria di Fermi delle interazioni deboli e la statistica di Fermi-Dirac sono solo gli esempi più alti di un’attività di teorico che si è affiancata a quella di grande sperimentatore e confermano le parole di Edoardo Amaldi, suo collaboratore nel gruppo romano, secondo il quale Fermi aveva la «capacità di cogliere immediatamente la legge generale nascosta dietro una tabella di dati sperimentali bruti». Un teorico di classe, quindi, che non mancò di dare dimostrazione delle sue capacità anche negli ultimi anni della sua vita. Nel dopoguerra si convinse della necessità di effettuare simulazioni numeriche con l’uso di computer, soprattutto applicate allo studio di sistemi non lineari. Non si trattava di utilizzare i calcolatori per effettuare grandi quantità di calcoli altrimenti difficilmente realizzabili, ma di un modo nuovo e originale di usare il computer come strumento di sperimentazione. In collaborazione con il matematico polacco Stanislaw Ulam intraprese un’indagine sistematica dei sistemi non lineari, studio poi portato avanti anche dal fisico John Pasta, che culminò con la pubblicazione dell’articolo Studies of non linear problems dieci anni dopo la morte di Fermi. Fu un lavoro pionieristico ma non valorizzato subito dalla comunità scientifica. A partire dalla fine degli anni sessanta, però, la simulazione numerica ha cominciato ad assumere un ruolo significativo nella fisica e a costituire un importante strumento di verifica di congetture e ipotesi non ancora sistemate in una teoria robusta. Uno strumento per chiarire idee e orientare scelte teoriche e sperimentali e che ha consentito la rinascita di settori come quelli legati allo studio delle turbolenze o dei sistemi dinamici caotici.

Il navigatore italiano è giunto nel nuovo mondo”. Questo era stato il messaggio in codice inviato al Presidente Roosvelt come conferma del successo dell’esperimento del gruppo guidato da Fermi nel Progetto Manhattan. E chiudendo la sua breve quanto intensa vita il navigatore era nuovamente salpato verso nuove terre, percorrendo una rotta libera dagli “impedimenti della materia”.

Giovanni

La metamorfosi del neutrino

Dopo oltre tre anni di ricerche e miliardi di miliardi di particelle in viaggio da una parte all’altra delle Alpi,fin negli appennini dove si trovano i Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn), per la prima volta al mondo è stata osservata, in modo diretto, una metamorfosi del neutrino. La trasformazione, cioè, di un neutrino in un altro.

Ad annunciarlo è l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare sottolineando che si tratta di una “scoperta che apre le porte a una nuova fisica”. “Serviranno ovviamente altre osservazioni di neutrini ‘mutanti’ – spiega l’Infn – per avere la certezza definitiva della scoperta”.

Una veduta dei laboratori sotto il Gran Sasso (Crediti: Media INAF)

Il fenomeno è stato osservato dall’esperimento internazionale Opera. Il neutrino, al termine di un viaggio che lo ha portato dal laboratorio europeo di Ginevra del Cern, da dove è stato ’sparato’ in fasci puntati verso il Gran Sasso, fino all’interno della montagna abruzzese a 732 chilometri di corsa sotto la crosta terrestre in soli 2,4 millisecondi, ha mutato la propria natura. È stata una impresa, continua l’Infn, “resa possibile dalla collaborazione tra Cern e Laboratori dell’Infn del Gran Sasso nel progetto Cngs, Cern Neutrino-Gran Sasso. Questo risultato, infatti, è una forte indicazione del fatto che i neutrini hanno una massa e che possono oscillare passando da una ‘famiglia’ a un’altra”.

Fu il fisico italiano Bruno Pontecorvo, del gruppo dei “ragazzi di via Panisperna” di Enrico Fermi, a proporre, verso la metà del Novecento, la possibilità di trasformazione dei neutrini. “Nel Modello Standard elaborato dai fisici per spiegare l’Universo, – continua l’Infn – i neutrini non hanno una massa. Occorrerà dunque rettificarlo in questo punto, fornire nuove spiegazioni e iniziare nuove ricerche con tutte le possibili implicazioni in cosmologia, nell’astrofisica e nella fisica delle particelle”.

“È un risultato importante – commenta Margherita Hack – è una conferma che i neutrini hanno una massa. Si pensava che la massa dei neutrini fosse un centomillesimo di quella dell’elettrone: per quanto piccola è pur sempre una massa e potrebbe contribuire in parte a spiegare di che cosa è composta la materia oscura” che costituisce il 25% dell’universo.

Guarda l’intervista a Natalia Di Marco per l’esperimento OPERA

Guarda il filmato sull’esperimento CNGS

Notizia ripresa dal sito Media INAF. Si può consultare anche l‘articolo su La Stampa o su Il Sussidiario.net sullo stesso argomento.