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‘Cuore’ mette alle strette il neutrino di Majorana

L’esperimento Cuore, che si trova ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso (Lngs) dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, ha presentato oggi i primi risultati scientifici nell’ambito di un seminario ai Lngs. Lo studio, centrato sui decadimenti rarissimi dei nuclei di tellurio, indica con precisione mai raggiunta prima per questi nuclei la regione in cui cercare un fenomeno che coinvolge i neutrini e che, secondo i fisici, potrebbe fornire informazioni chiave sull’asimmetria tra materia e antimateria nel nostro universo. Lo studio sarà disponibile da domani sull’archivio open access digitale ArXiv (http://arxiv.org/.)

Cuore (acronimo per Cryogenic Underground Observatory for Rare Events) è un esperimento ideato per studiare le proprietà dei neutrini, in particolare, l’esperimento cerca un fenomeno raro chiamato doppio decadimento beta senza emissione di neutrini. Rivelare questo processo consentirebbe non solo di determinare la massa dei neutrini, ma anche di dimostrare la loro eventuale natura di particelle di Majorana, fornendo una possibile interpretazione della prevalenza della materia sull’antimateria nell’universo.

Prima di completare Cuore, i ricercatori hanno costruito un prototipo, Cuore0, composto da una singola torre di 52 cristalli di ossido di Tellurio ed entrato in funzione nell’aprile 2013. Dopo una campagna di raccolta dati di circa 2 anni e accurate analisi, i ricercatori di Cuore0 sono ora in grado di indicare con grande precisione la regione in cui indagare questo fenomeno.

Fondamentale per il successo dell’esperimento è stato il contributo del gruppo di ricercatori del Gran Sasso, coordinato da Lucia Canonica, durante tutte le fasi di messa in funzione e presa dati dell’apparato sperimentale.

«L’eccellente risultato ottenuto con Cuore0 ha dimostrato la fattibilità di Cuore, che sarà una vera e propria sfida tecnologica. La sensibilità raggiunta dal rivelatore ha permesso di stabilire il miglior limite superiore al mondo per la massa del neutrino con rivelatori di Tellurio», ha dichiarato Carlo Bucci, responsabile italiano di Cuore e ricercatore presso i Laboratori del Gran Sasso.

Cuore è progettato per lavorare in condizioni di ultrafreddo: è infatti composto da cristalli di tellurite progettati per funzionare a temperature di circa 10 millikelvin, cioè dieci millesimi di grado sopra lo zero assoluto.

{{*ExtraImg_238721_ArtImgRight_300x447_}}«Questi risultati sono un’importante conferma per la collaborazione scientifica che ha progettato l’esperimento – commenta Fernando Ferroni, presidente dell’Infn e professore dell’Università La Sapienza di Roma. «Sebbene non si abbia evidenza diretta che i neutrini siano particelle di Majorana – aggiunge Ettore Fiorini, ideatore dell’esperimento, associato Infn e professore emerito all’Università di Milano-Bicocca – la tecnologia di Cuore, basata su cristalli ultrafreddi, avrà sicuramente un ruolo da protagonista per chiarire la natura di queste particelle». «Cuore-0 è il precursore di Cuore, il più grande rivelatore criogenico che lavorerà a temperature prossime allo zero assoluto – commenta Oliviero Cremonesi, spokesperson dell’esperimento e ricercatore della sezione Infn di Milano-Bicocca – Una volta completato sarà composto da un migliaio di cristalli di tellurite e studierà il doppio decadimento beta senza emissione di neutrini con una sensibilità mai raggiunta prima». «I Laboratori Infn del Gran Sasso offrono un’infrastruttura di ricerca unica al mondo per la ricerca di interazioni rare come quelle dei neutrini di Majorana o delle particelle che costituiscono la Materia Oscura – sottolinea Stefano Ragazzi, professore presso l’Università di Milano-Bicocca e direttore dei Laboratori del Gran Sasso – l’Infn è orgoglioso di ospitare nel suo principale laboratorio sotterraneo gli esperimenti più precisi al mondo in questo settore».

Cuore è una collaborazione internazionale formata da circa 130 scienziati provenienti da trenta istituzioni in Italia, Usa, Cina, Spagna e Francia. Per l’Infn partecipano le sezioni di Milano-Bicocca, Bologna, Genova, Padova, Roma La Sapienza, e i Laboratori Nazionali Infn del Gran Sasso, di Frascati e di Legnaro.

L’ENIGMA DELL’ASIMMETRIA TRA MATERIA E ANTIMATERIA

Il doppio decadimento beta è un processo per cui, all’interno di un nucleo, due neutroni si trasformano in due protoni, emettendo due elettroni e due anti neutrini. Nel doppio decadimento beta senza emissione di neutrini non vi è appunto emissione di neutrini poiché uno degli antineutrini si è trasformato, all’interno del nucleo, in neutrino. Le particelle dotate di carica non subiscono questa trasformazione e il Modello Standard prevede che anche i neutrini siano esclusi, ma questo tipo di neutrini potrebbe essere speciale. Se, come ipotizzato negli anni ’30, dal fisico italiano Ettore Majorana i neutrini e gli antineutrini fossero due manifestazioni della stessa particella, come le due facce di una stessa moneta, la transizione tra materia e antimateria risulterebbe possibile. Questo fenomeno, seppur attualmente raro, potrebbe esser stato frequente nell’universo primordiale immediatamente dopo il Big Bang e aver determinato la prevalenza della materia sull’antimateria.