Il contributo dei ricercatori INFN e del Dipartimento Interateneo di Fisica del Poliba
Si suppone che all’inizio della storia di tutte le storie, il Big-Bang, 15 miliardi di anni fa, la materia e l’antimateria siano state create in eguale quantità, ma nell’evoluzione successiva dell’universo è intervenuto un processo che ha favorito la prevalenza della materia sull’antimateria e oggi l’universo osservato è fatto quasi esclusivamente di materia. Questo meccanismo, almeno in parte, sembra essere dovuto a una stupefacente proprietà quantistica dei neutrini: il fenomeno dell’oscillazione. La collaborazione T2K (Tokai to Kamioka) aggiunge nuove evidenze nella comprensione della asimmetria fra il comportamento della materia e quello dell’antimateria.
La collaborazione T2K, che da oltre 10 anni studia i fenomeni connessi alle oscillazioni dei neutrini, fornisce ora indicazioni sempre più stringenti sull’esistenza di una differenza nel comportamento dei neutrini e delle loro antiparticelle (gli antineutrini). I nuovi risultati dimostrano che il fenomeno dell’oscillazione, con cui i neutrini di un tipo si “trasformano” in neutrini di un altro tipo, si verifica con probabilità diverse per i neutrini rispetto agli antineutrini.
A questa ricerca la prestigiosa rivista scientifica internazionale, Nature dedica oggi, 15 aprile, la copertina dell’ultimo numero che ritrae l’interno del gigantesco rivelatore sotterraneo Super-Kamiokande, installato nella miniera di Kamioka, equipaggiato con oltre 11.000 occhi elettronici (fotomoltiplicatori) capaci di catturare la luce prodotta dagli elusivi neutrini nelle interazioni con l’acqua purissima (50.000 tonnellate) di cui è riempito.
L’esperimento T2K è una collaborazione internazionale a cui l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) partecipa con i contributi delle Sezioni INFN e del Politecnico di Bari e delle Università di Napoli, Padova e Roma Sapienza e dei Laboratori Nazionali di Legnaro dell’INFN.
Il team pugliese che ha partecipato a questa scoperta è composto da ricercatori della Sezione di Bari dell’INFN e del Dipartimento Interateneo di Fisica, coordinato dalla dott.ssa Maria Gabriella Catanesi (INFN) e composto dal prof. Vincenzo Berardi (Poliba), dal dott. Lorenzo Magaletti (ricercatore a tempo determinato Poliba) e dal dott. Emilio Radicioni (INFN), ha dapprima collaborato, anche con l’impegno dei servizi tecnici elettronici e meccanici della Sezione di Bari dell’INFN, allo sviluppo del rivelatore si è quindi dedicato all’anali dei dati riferiti agli antineutrini. A partire dal 2020, si è unito al gruppo T2K il prof. Roberto Spina, del Dipartimento di Meccanica, Matematica e Management che partecipa alle attività di sviluppo e upgrade di T2K.
Come funziona. Per misurare questo fenomeno, nell’esperimento T2K, un potente fascio di neutrini (o anti-neutrini) muonici viene prodotto nel complesso di acceleratori per la ricerca presso il villaggio di Tokai sulla costa orientale del Giappone. Il fascio di neutrini viene prima caratterizzato vicino al luogo di produzione e poi intercettato dal gigantesco rivelatore sotterraneo Super-Kamiokande, a Kamioka, nei pressi della costa occidentale del Giappone, a 295 kilometri di distanza. Durante questo tragitto, infatti, i neutrini (o gli antineutrini) muonici possono “oscillare”, trasformandosi in neutrini (o antineutrini) di tipo elettronico.
Il risultato. T2K ha trovato che il numero di antineutrini muonici che oscillano in antineutrini elettronici è inferiore rispetto a quello dei neutrini muonici oscillanti in neutrini elettronici, evidenziando in questo modo una differenza di comportamento di materia e antimateria. Questo risultato apre anche la strada a scoperte future. La nuova generazione di esperimenti attualmente in preparazione (DUNE negli USA e Hyper-Kamiokande in Giappone) potrebbe contribuire a dare una risposta definitiva al problema dell’antimateria “mancante” nei prossimi dieci anni.
T2K è stato realizzato ed è gestito da una collaborazione internazionale che conta circa 500 scienziati di 67 istituzioni in 12 paesi [Canada, Francia, Germania, Italia, Giappone, Polonia, Russia, Spagna, Svizzera, Regno Unito, Stati Uniti d’America e Vietnam.
T2K è sostenuto dal ministero giapponese per la Cultura, Sport, Scienza e Tecnologia, ed è ospitato congiuntamente dall’High Energy Research Accelerator Organization (KEK) e dall’Institute for Cosmic Ray Research (ICRR) dell’Università di Tokyo. La fondamentale importanza di queste ricerche ha recentemente convinto il Giappone ad approvare e finanziare un poderoso upgrade dell’esperimento, chiamato Hyper-Kamiokande.