E ora Gerda, per saperne di più sui neutrini

L’Aquila – (di Mardin Nazad) – Si apre un nuovo capitolo per la scienza. Questa mattina, presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso, è stato inaugurato Gerda, un innovativo esperimento che si pone l’obiettivo di scoprire se il neutrino coincide con la sua antiparticella (neutrino di Majorana), e di ottenere informazioni essenziali per la comprensione dell’origine ed evoluzione dell’Universo.
Per capire bene di cosa si sta parlando è necessario masticare almeno un pochino l’argomento per cui, per chi avesse un pò le idee confuse procederemo passo passo partendo dalle basi. Cos’ è un atomo? L’atomo è la più piccola porzione di un elemento chimico, che conserva ancora tutte le sue caratteristiche. È formato da una parte centrale,chiamata nucleo, che al suo interno è formato da protoni, con carica positiva (+), e da neutroni che non hanno carica. Intorno al nucleo ruotano in orbite ellittiche gli elettroni, con carica negativa (-). Possiamo immaginarlo come un minuscolo sistema solare dove il nucleo è rappresentato dal Sole, mentre gli elettroni ne sono i pianeti.
Un atomo viene definito “stabile” se ha una carica nulla, cioè se ha tanti protoni quanti neutroni.
Sulla tavola periodica degli elementi, il numero atomico di un atomo rappresenta il numero dei protoni, e il peso atomico,invece, rappresenta la somma tra i protoni e i neutroni. Tutto questo ci è utile per comprendere il significato di Isotopo.
Si chiamano “Isotopi”, infatti, gli atomi con lo stesso numero atomico ma con un diverso peso atomico, e la maggior parte di questi hanno nuclei instabili e possono decadere: tendono quindi a trasformarsi in altri nuclei più stabili, attraverso la transizione degli elettroni da un livello energetico più alto ad uno più basso, emettendo radiazioni. I nuclei radioattivi possono decadere in due modi diversi: emettendo una particella alfa, oppure una particella beta, che è un semplice elettrone.
Ma quello che interessa a noi ora, è il decadimento beta. In questo processo, il neutrone, contenuto nel nucleo, si disintegra spontaneamente trasformandosi in protone, producendo nella disintegrazione anche un elettrone ed un neutrino (particella invisibile di carica nulla e di massa piccolissima), che non esistevano prima del decadimento. Oppure è anche possibile che un neutrino dell’elettrone collide con un neutrone e da questo scontro vengono emessi un protone ed un elettrone.
Tutto questo preambolo serve per avere una visione più chiara di quello che è l’obiettivo di Gerda. Del neutrino in realtà non si conosce moltissimo. A maggio di quest’anno, sempre presso l’Infn, è stata convalidata l’ipotesi che è lecito pensare che il neutrino abbia una massa, attraverso le cosiddette “oscillazioni” (fatto non banale; basti pensare che la teoria standard sull’evoluzione dell’universo non tiene in considerazione queste particelle perché ritenute con massa nulla). Tuttavia non è ancora possibile quantificarla questa massa. Ed è proprio questa la sfida raccolta dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, misurare la massa di un neutrino attraverso il rarissimo procedimento di decadimento doppio beta senza emissione di neutrini. Il decadimento doppio beta possiamo interpretarlo come il verificarsi di due decadimenti beta contemporanei in cui due neutroni del nucleo sono convertiti (ossia decadono) in due protoni, due elettroni e due neutrini. Tuttavia, i due neutrini emessi si annullano a vicenda e quindi non emergono dal nucleo ( da qui il “senza emissione di neutrini”). L’osservazione del fenomeno fornirebbe una misura diretta della massa del neutrino elettronico. Questi due neutrini dovrebbero annullarsi per effetto della teoria di Ettore Majorana ( da cui vien fuori il nome di “neutrino di Majorana”) che considerò questa particella indistinguibile dalla sua antiparticella, l’antineutrino. Se ciò venisse dimostrato, questa proprietà del neutrino di Majorana porterebbe le nostre conoscenze sulla struttura della materia, sulla fisica subnucleare, l’astrofisica e sulla cosmologia a un livello inimmaginabile. Non è eccessivo dire che aprirebbe un nuovo mondo per la fisica.