15th Lomosonov Conference, secondo giorno. Fisica dei neutrini e cucina georgiana

Venerdì la sgambata mattutina prima della sessione della conferenza mi ha veramente messo di buon umore. Il cielo su Mosca era magnifico, la temperatura mite: tutto prometteva bene. Peccato che il programma prevedesse una lunga serie di contributi sulla fisica dei neutrini.

Chiariamoci: non ho nulla contro la fisica dei neutrini, e ci sono altri argomenti che mi annoiano molto di più (la fisica del B, per esempio, prevista per martedì mattina: credo di sapere quando andrò a comprare le mie matrioske). Però un'intera giornata di neutrini cucinati in ogni salsa si è rivelata oltre le mie capacità di sopportazione, specie grazie alla collezione di terribili talk teorici. Nel corso delle presentazioni ho potuto dimostrare quella che ho battezzato la Legge di Borisov:

Più l'argomento della presentazione è astruso e incomprensibile, meno bene lo speaker parla inglese.

alla quale di aggiunge il Lemma di Starobinsky:

Se il titolo della presentazione contiene almeno uno tra i termini "magnetorotational", "degenerate" o "dark", lo speaker balbetta.

Come suggerisce il nome, i neutrini sono particelle neutre molto leggere, che interagiscono con la materia che li circonda in modo estremamente debole. Sono stati ipotizzati per la prima volta da Pauli nel 1930, per spiegare l'apparente scomparsa di una parte di energia e momento nel decadimento beta dei nuclei atomici, dove le somma di energie e momenti del protone, elettrone e nucleo rimasti dopo il decadimento erano inferiori a energia e momento del nucleo iniziale. Oggi sappiamo che ne esistono di tre tipo (o sapori), associati ai loro compagni leptoni dotati di carica: il neutrino dell'elettrone, quello del muone e quello del tau. Sono ingredienti essenziali delle reazioni nucleari, e di conseguenza nella comprensione dei processi di evoluzione delle stelle. Interagiscono tramite la forza debole, con un vertice di interazione che coinvolge un bosone W e il leptone carico di riferimento. Per esempio, questo è lo schema di come comprendiamo oggi il decadimento beta di un neutrone:

Nel Modello Standard, i neutrini non hanno massa. Questa proprietà ha delle conseguenze, la prima delle quali è che un neutrino di un certo sapore non può trasformarsi in un neutrino di un sapore diverso. La Natura naturalmente ha sempre in serbo delle sorprese: negli anni 60 gli esperimenti che misuravano il flusso di neutrini elettronici che arrivano sulla Terra dal Sole ne vedevano una quantità decisamente inferiore a quanti ce ne se sarebbe aspettato. Ci sono voluti più di 30 anni per risolvere il puzzle dei carenza di neutrini solari: è saltato fuori che i neutrini non sono esattamente privi di massa, ma hanno invece una massa molto piccola, quasi impercettibile. Questo implica che hanno una certa probabilità di trasformarsi in un neutrino di sapore diverso, da cui la carenza osservata: una parte dei neutrini elettronici solari si trasformano prima di raggiungere la Terra in neutrini muonici, un sapore che gli esperimenti non erano in grado di rivelare. Questo fenomeno viene chiamato normalmente "oscillazione dei neutrini", e la misura delle sue proprietà è lo scopo della maggior parte degli esperimenti che hanno presentato i loro risultati o i loro progetti venerdì.

Come si rivelano in neutrini? Essendo veramente molto restii a interagire, occorre costruire un rivelatore molto grosso, tipicamente un'enorme piscina che contiene qualche genere di liquido. Più è grande la piscina, più è probabile che un neutrino vada a sbattere contro un elemento del liquido che la riempie, tipicamente un protone, e interagisca generando particelle che si possono rivelare mettendo opportuni detector sulle pareti della piscina. Oppure si usano, sempre su scale simili, emulsioni fotografiche o anche rivelatori al germanio. In ogni caso, per essere sicuri che questi segnali siano veramente generati da neutrini, e non per esempio da raggi cosmici, i rivelatori vanno messi in posti in cui solo i neutrini, che interagendo poco penetrano praticamente tutto, possano arrivare. Vanno bene i tunnel sotto le montagne (come i laboratori del Gran Sasso in Italia) o le miniere dismesse. I vari esperimenti di neutrini nel mondo misurano neutrini che vengono dal Sole, dal centro della Terra, da reattori nucleari in prossimità, o che vengono spediti dall'acceleratore di fiducia. L'analisi dei dati di questi esperimenti non è esattamente quello che considero un'attività eccitante: esagerando un po', si mette in funziona la piscina, si aspetta a lungo (poco interagenti = interazioni molto rare) e si conta.

Nonostante questo, ci sono stati risultati interessanti presentati alla conferenza. Per esempio, l'esperimento T2K in Giappone, che usa il rivelatore di Super-Kamiokande, l'acceleratore di J-PARC e un rivelatore prossimo all'acceleratore per osservare cosa succede a neutrini muonici prodotti dall'acceleratore e spediti verso il sito di Kamioka, ha recentemente osservato un certo numero di neutrini elettronici, prima prova sperimentale che un neutrino muonico può oscillare in un neutrino elettronico.

Analogamente, l'esperimento Opera al Gran Sasso, che misura le proprietà dei neutrini muonici del fascio spedito dal CERN usando un rivelatore complesso il cui cuore è basato su emulsioni fotografiche, ha recentemente osservato l'apparizione di un neutrino del tau, indizio che anche l'oscillazione in quella direzione, per quanto improbabile, sarebbe contemplata nell'universo in cui viviamo.

La sessione si è conclusa con l'ormai consueta ora di ritardo, e di corsa ci hanno caricato su un pullman per una visita del centro di Mosca nella splendida luce del tramonto. Olga, la nostra guida, parlava finalmente un inglese decente, a parte alcune espressioni caratteristiche che mia hanno fatto ridacchiare per tutto il giro ("now, I would pay your attention to..."). Intorno alle 22, dopo aver visto la Piazza Rossa, San Basilio e dintorni in lungo e largo, ho osato chiedere cosa fosse previsto per la cena: "ops, ci siamo dimenticati, pensavamo di riportarvi in albergo" è stata la risposta dei nostri previdenti ospiti russi. Insieme ad altri due coraggiosi, abbiamo chiesto di scendere dal pullman per andare a cercare un ristorante in centro: saremmo rientrati in metropolitana. Mentre il gregge di tutti gli altri colleghi tornava in periferia per non oso pensare quale misera cena, abbiamo scovato uno splendido ristorante georgiano, dove abbiamo mangiato veramente benissimo. Devono avere un sacco di animali da latte in Georgia, visto la varietà di formaggi che abbiamo gustato, duri, molli, salati, dolci, piccanti. E li sanno cuocere piuttosto bene questi animali, una volta che decidono di macellarli: il mio montone ai funghi era strepitoso! Il rientro in metropolitana è stato comodo, e culturalmente piuttosto interessante, ma questo richiederebbe veramente un racconto a parte.