Daya Bay Experiment
Il Daya Bay Reactor Neutrino Experiment, con sede nel sud della Cina, ha annunciato i primi risultati della sua ricerca per l'ultimo e più elusivo pezzo di un enigma a lungo inesplicato: come è possibile che i neutrini sembrino “svanire” quando viaggiano? La sorprendente risposta apre la porta verso una migliore comprensione della fisica fondamentale e può forse risolvere l'enigma del perché nell'universo oggi vi è molta più materia ordinaria che antimateria. Viaggiando a velocità prossime a quella della luce, i tre tipi (“sapori”) esistenti di neutrini – neutrini elettronici, muonici e tauonici - nonché i loro corrispondenti antineutrini, si trasformano l'uno nell'altro (“oscillano”), ma questa attività è estremamente difficile da rilevare.
Dal 24 Dicembre 2011 fino al 17 Febbraio 2012, gli scienziati di Daya Bay hanno osservato decine di migliaia di interazioni dovute ad antineutrini elettronici, catturati da sei massicci rivelatori sepolti nelle montagne adiacenti alla centrale nucleare dei potenti reattori del gruppo cinese Guangdong Nuclear Power. Questi reattori, a Daya Bay e nella vicina Ling Ao, producono milioni di quadrilioni di elusivi antineutrini elettronici ogni secondo.I dati hanno fornito per la prima volta in maniera chiara il segnale dell'effetto che gli scienziati stavano cercando, misurando il cosiddetto “angolo di mescolamento theta_1-3” con ineguagliata precisione. Theta_1-3, l'ultimo angolo di mescolamento a essere misurato, è un parametro che esprime come i neutrini elettronici e le loro controparti di antineutrino si scambiano e si trasformano in neutrini e antineutrini tauonici (gli altri due angoli di mescolamento indicano, invece, come avviene la trasformazione tra neutrini elettronici e muonici, oppure tra neutrini muonici e tauonici).
Questo effetto è un nuovo tipo di oscillazione dei neutrini, ed è sorprendentemente grande”, dice Wang Yifang dell'Istituto cinese di Fisica delle Alte Energie (IHEP), co-portavoce e responsabile del progetto cinese dell'esperimento Daya Bay. “La nostra misura precisa completerà la comprensione delle oscillazioni dei neutrini e spianerà la strada per la comprensione futura dell'asimmetria di materia-antimateria nell'universo.” I neutrini, le elusive particelle che hanno inondato l'universo nei suoi primi istanti di vita dopo il Big Bang, vengono prodotte continuamente nei nuclei delle stelle e in altre reazioni nucleari. Non influenzati da forze elettromagnetiche, ma rispondenti solo alla forza nucleare debole e all'ancor più debole gravità, essi passano per lo più senza ostacoli attraverso qualsiasi cosa, dalle persone a interi pianeti. La sfida di catturare queste sfuggenti particelle ha ispirato la collaborazione Daya Bay nella progettazione e nel preciso posizionamento dei suoi rilevatori. Sebbene manchino ancora due rilevatori all'apparato sperimentale completo,abbiamo avuto uno straordinario successo nel rilevare il numero di antineutrini elettronici che scompaiono mentre viaggiano dai reattori ai rilevatori posti a due chilometri di distanza”, dice Kam-Biu Luk del Department of Energy del Lawrence Berkeley National Laboratory degli Stati Uniti e dell'Università di California a Berkeley. Luk è co-portavoce dell'esperimento Daya Bay e guida la partecipazione degli Stati Uniti.
“Ciò che non ci aspettavamo è stato un tasso di scomparsa dei neutrini considerevole, pari a circa il sei per cento del totale. Sebbene la scomparsa è stata osservata in altri esperimenti su lunghe distanze, questo è un nuovo tipo di scomparsa per gli antineutrini elettronici prodotti in reattori nucleari.” L'esperimento Daya Bay conta il numero di antineutrini elettronici rilevati nei padiglioni più vicini ai reattori di Daya Bay e Ling Ao, e calcola il numero di quelli che avrebbe raggiunto i rilevatori nei padiglioni lontani se non ci fosse l'effetto di oscillazione. Il numero che apparentemente scompare durante il percorso (oscillante in altri sapori, appunto) dà il valore di theta_1-3. I primi risultati di Daya Bay mostrano che theta_1-3, che precedentemente si credeva essere molto vicino allo zero, è invece “relativamente enorme”,osserva Kam-Biu Luk, aggiungendo che “la natura è stata buona con noi”. Nei prossimi mesi e anni i risulati iniziali saranno affinati attraverso la raccolta di molti più dati e riducendo errori statistici e sistematici.L'esperimento Daya Bay ha intenzione di fermare l'attuale raccolta dei dati questa estate e installare un secondo rivelatore nei dintorni di Ling Ao, ed un quarto rivelatore nella Sala Far, completando il progetto sperimentale”, dice Yifang Wang. Risultati più precisi apriranno la porta a ulteriori indagini e influenzeranno la progettazione di futuri esperimenti sui neutrini - compreso il modo in cui determinare quali sapori dei neutrini sono i più pesanti, se c'è una differenza tra le oscillazioni del neutrino e dell'antineutrino, e, infine, perché c'è più materia che antimateria nell'universo.E' stato molto gratificante essere stati in grado di lavorare con un'eccezionale collaborazione internazionale al reattore più sensibile del mondo per quel che riguarda gli esperimenti sui neutrini”, spiega Steve Kettell del Brookhaven National Laboratory, lo scienziato capo della delegazione degli Stati Uniti. “Questo momento è emozionante perché abbiamo infine osservato tutti e tre gli angoli di mescolamento, e ora la strada è aperta per esplorare i restanti parametri di oscillazione dei neutrini”.Questo è davvero notevole”, afferma Wenlong Zhan, vice presidente della Accademia Cinese delle Scienze e presidente della Società per la fisica cinese. "Speravamo in un risultato positivo quando abbiamo deciso di finanziare il progetto, ma non avremmo mai immaginato potesse arrivare così presto!”