Alla fine ci sono riusciti: l’hanno colto sul fatto mentre cambiava «sapore». Dopo anni di analisi sui dati raccolti in esperimenti effettuati tra il 2008 e il 2012, è stata confermata la trasformazione del neutrino mu nel neutrino tau. La scoperta è stata effettuata grazie all’esperimento Opera (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) presso i laboratori dell’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn) sotto il Gran Sasso. La conferma dell’oscillazione del neutrino dà ulteriore forza alla meccanica quantistica e offre nuovi spunti per arrivare a una «teoria del tutto» che riesca a far convivere le principali teorie fisiche che descrivono l’universo.
I neutrini (particelle subatomiche senza carica elettrica e di massa piccolissima) sono di tre tipi (detti in modo fantasioso «sapori» anche se nulla hanno a che vedere con il senso umano del gusto): elettronico, muonico (mu) e tauonico (tau). Con il passare del tempo, i neutrini possono cambiare «sapore», cioè passano da un tipo all’altro: questa trasformazione viene chiamata dai fisici «oscillazione del neutrino». Ora l’esperimento Opera del Gran Sasso (composto da un mastodontico rilevatore di 4 mila tonnellate contenuto in un volume di 2 mila metri cubi) a cui lavorano 140 fisici di 26 centri di ricerca provenienti da undici Paesi, ha osservato la quinta trasformazione in neutrini tau all’interno di fasci di neutrini mu «sparati» dal Cern di Ginevra e che hanno attraversato la Terra per 730 chilometri prima di essere rilevati sotto il massiccio abruzzese (la prima trasformazione venne rilevata nel 2010).
Come spiega Giovanni De Lellis, dell’Infn dell’Università Federico II di Napoli, «con quest’ultima osservazione è stata raggiunta la soglia statistica per dimostrare definitivamente l’apparizione di neutrini tau in un fascio di neutrini muonici». Il risultato è di eccezionale importanza perché conferma la capacità dei neutrini di oscillare tra il tipo mu e quello tau, la cui esistenza è stata invocata – e finora mai provata con certezza – per spiegare la minor rilevazione rispetto a quanto atteso di neutrini mu provenienti dall’interazione dei raggi cosmici con l’atmosfera terrestre.
Per risolvere l’enigma di questa mancanza i fisici hanno teorizzato che alcuni neutrini muonici possano cambiare tipo trasformandosi in neutrini tau. E per avere una conferma sperimentale è stato allestito il progetto Cngs tra Ginevra e il Gran Sasso. Dall’acceleratore di particelle del Cern sono stati prodotti miliardi di miliardi di neutrini muonici e poi inviati verso il rilevatore Opera posto sotto il Gran Sasso e calibrato per «catturare» quelli tau. I neutrini sono particelle sfuggenti. Possono infatti percorrere miliardi di chilometri senza interagire con atomi o altre particelle né con onde elettromagnetiche. In questo momento, mentre state leggendo queste righe, qualche milione di miliardi di neutrini sta attraversando indisturbato il vostro corpo. Ecco perché per poterli osservare sono necessari rivelatori riempiti con centinaia di tonnellate di speciali materiali e situati, come nel caso del Gran Sasso, nelle viscere della terra in modo da avere adeguata schermatura dai raggi cosmici che possono interferire con i sensori degli strumenti.
Dalle stelle, e in particolare dal Sole, è nata la teoria delle «oscillazioni di sapore». Le cinque osservazioni effettuate hanno provato la fondatezza di tale teoria. Inoltre, il fatto che i neutrini possano oscillare implica necessariamente che debbano possedere una massa, per quanto piccola. Il che sfida la teoria fisica del Modello Standard secondo la quale non possiedono massa. La scoperta dell’oscillazione del neutrino tau dà ulteriore forza alla meccanica quantistica e offre nuovi spunti per arrivare a una teoria che riesca a far convivere le due principali teorie fisiche che descrivono l’universo. O almeno ci provano.