Il Large Hadron Collider è stato utilizzato per rilevare ogni particella conosciuta tranne i neutrini. Finora

I neutrini sono alcune delle particelle più enigmatiche di tutta la fisica. Avendo una carica neutra e una massa prossima allo zero, i neutrini raramente interagiscono con altra materia e come tali sono notoriamente difficili da osservare. Gli scienziati hanno ancora imparato molto su di loro – inclusa l’identificazione di tre tipi di neutrini (particelle elettroniche, muoniche e tau) – ma osservarli è stata tutta un’altra questione. Sebbene i neutrini siano stati rilevati utilizzando apparecchiature avanzate, i fisici speravano di comprenderli meglio osservandoli all'interno di un collisore di particelle.

Il risultato fu un successo entusiasmante: un esperimento che rilevò i neutrini come nessun altro mai condotto.

Ora, grazie agli scienziati di due istituti separati, i neutrini sono stati rilevati in un collisore e il mondo della fisica potrebbe non essere più lo stesso.

Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori di FASER (Forward Search Experiment) e SND (Scattering and Neutrino Detector)@LHC hanno utilizzato il Large Hadron Collider (LHC), una macchina svizzera che è anche il collisore di particelle più grande e a più alta energia del mondo. Esiste essenzialmente come un anello gigante costruito in un tunnel di 27 chilometri (17 miglia) di circonferenza. Anche se rilevare i neutrini in un collisore può sembrare uno scherzo accademico, gli scienziati che lo hanno fatto credono di poter imparare molto sulla struttura atomica dell'universo attraverso questo processo.

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"I neutrini sono prodotti in grande abbondanza nei collisori di protoni come l'LHC", ha detto a Phys.org Cristovao Vilela, parte della collaborazione SND@LHC. "Tuttavia, fino ad ora, questi neutrini non erano mai stati osservati direttamente. La debolissima interazione dei neutrini con altre particelle rende la loro rilevazione molto impegnativa e per questo motivo sono le particelle meno studiate nel Modello Standard della fisica delle particelle."

FASER ha rilevato i neutrini disponendo il suo rivelatore lungo la linea di un fascio di particelle in modo tale che i neutrini di maggiore energia lo attraversino. Utilizzando 730 fogli di tungsteno spessi ciascuno 0,044 pollici, il team FASER è riuscito a seguire le traiettorie delle particelle in collisione. In questo modo, sono stati in grado di trovare 153 eventi di neutrini utilizzando il loro rilevatore "molto piccolo ed economico".

Allo stesso modo, l’SND@LHC ha riferito di aver mostrato altri 8 eventi di neutrini dopo aver messo da parte il rilevatore. Come il team FASER, anche questo ha protetto il rilevatore con un centinaio di metri di roccia e cemento in modo che la maggior parte delle particelle diverse dai neutrini non potessero attraversarlo.

Il risultato fu un successo entusiasmante: un esperimento che rilevò i neutrini come nessun altro mai condotto.

"In precedenza, si pensava che la fisica delle particelle fosse divisa in due parti: esperimenti ad alta energia, necessari per studiare le particelle pesanti, come i quark top e i bosoni di Higgs, ed esperimenti ad alta intensità, necessari per studiare i neutrini", ha affermato Jonathan Lee Feng, co-portavoce della Collaborazione FASER, ha detto a Phys.org. "Questo lavoro ha dimostrato che gli esperimenti ad alta energia possono anche studiare i neutrini, e così ha riunito le frontiere dell'alta energia e dell'alta intensità."

"I collisori di particelle esistono da oltre 50 anni e hanno rilevato ogni particella conosciuta tranne i neutrini", ha aggiunto.

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In ogni secondo, circa 100 trilioni di neutrini attraversano il corpo umano e lo lasciano illeso.

L'esistenza dei neutrini fu ipotizzata per la prima volta negli anni '30, dopo che gli scienziati che lavoravano allo sviluppo di armi nucleari notarono che molto spesso le reazioni nucleari sembravano trasportare meno energia delle particelle che le precedevano. Dato che la legge di conservazione afferma che l’energia non può essere né creata né distrutta, era logico che esistessero particelle subatomiche che gli esseri umani non conoscevano ancora a spiegare l’energia persa.

Nel 1956, i fisici Frederick Raines e Clyde Cowan guidarono un gruppo di ricercatori che confermò l'esistenza dei neutrini. Da allora, i neutrini sono stati rilevati nel Sole, durante le supernove e persino nelle interazioni tra i raggi cosmici e l'atmosfera superiore. Eppure è ancora notoriamente difficile per gli scienziati eseguire esperimenti con particelle quasi prive di massa e che non interagiscono con altra materia. Questo è ciò che rende gli esperimenti dell’LHC così innovativi.