L'oscillazione dei neutrini
Schema della sezione
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La teoria di oscillazione dei neutrini venne proposta per la prima volta da Bruno Pontecorvo nel 1967 e prevede che i neutrini possano cambiare sapore viaggiando nello spazio e nel tempo. In questa sezione cercheremo di riassumere le caratteristiche principali di questo fenomeno, che è forse il più caratteristico di questa particella.Nel fare ciò dovremo accontentarci di un livello qualitativo, dato che una trattazione quantitativa del fenomeno implica questioni di meccanica quantistica che vanno oltre il livello pensato i destinatari di Skylab, tipicamente ragazzi del percorso liceale. Passeremo quindi in rassegna alcuni tra gli esperimenti più significativi che hanno permesso di validare la teoria di oscillazione del neutrino dal punto di vista sperimentale e di determinarne i parametri richiesti
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Oggi sappiamo che i neutrini sono tre ( elettronico, muonico e tauonico) insieme alle rispettive antiparticelle. La teoria prevede che ciascun neutrino sia composto da un mix di tre masse possibili (autostati di massa) e che ciò che determina il "sapore" dei neutrini sia proprio il diverso mix dei tre autostati. Il fenomeno dell'oscillazione è prodotto dal fatto che la funzione d'onda che descrive i tre autostati di massa propaga in modo diverso.
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In Giappone , nella miniera di Kamioka, 240 km circa a ovest di Tokyo alcuni scienziati si erano uniti alla caccia dei neutrini solari a metà degli anni '80 utilizzando rivelatori di concezione completamente diversa rispetto a quelli di concezione radiochimica fin qui descritti. Nel 1989 il team di Kamiokande pubblica i risultati confermando il lavoro di Ray Davis.
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Negli anni '90 i giapponesi migliorano il loro apparato di misura trasformandolo nel Super-Kamiokande: un rivelatore per neutrini di gran lunga più sensibile dell'apparato originario ed in grado di rivelare non solo neutrini solari ma anche i neutrini atmosferici sia elettronici che muonici, prodotti dalle collisioni dei raggi cosmici con l'atmosfera.
Nel 1998 vengono pubblicati i risultati delle misure effettuate sui neutrini atmosferici e mostrano un deficit di neutrini muonici : tutti i dati sperimentali si accordano però perfettamente a quanto previsto dalla teoria di oscillazione di Pontecorvo.
Nel power point allegato nella pagina note sono riportati commenti dettagliati alle slides
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Il video ci accompagna in un tour con una descrizione dettagliata del sito sperimentale
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Tutte le misure effettuate fino a questo momento mostrano la sparizione di alcune tipologie di neutrini evidenziando un deficit di neutrini misurati rispetto al valore atteso. Sebbene le misure , come nel caso di super-Kamiokande, siano in perfetto accordo con le previsioni del modello di oscillazione, i fisici sono alla ricerca di un esperimento in grado di provare in modo definitivo che il deficit di neutrini elettronici osservati nelle misure dei neutrini solari sia dovuto alla loro oscillazione in neutrini muonici. Occorre dunque allestire una misura che consenta per i neutrini solari di misurare sia i neutrini elettronici che muonici e dimostrare la loro somma è pari al numero di neutrini elettronici prodotti dal Sole calcolati col modello di Bahcall. Questo storico risultato viene ottenuto finalmente nel 2001 dall'esperimento SNO.
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Il link è al video di una conferenza tenuta al CERN il 4th September 2017 che riporta i risultati di SNO sull'oscillazione del neutrino e descrive i progetti in corso al SNOLAB
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L'esperimento di super-kamiokande condotto sui neutrini atmosferici aveva indotto in modo indiretto a ritenere che i neutrini muonici possano oscillare in neutrini tau. La prova diretta però di questa oscillazione la si ebbe nel 2010 con i primi risultati dei rivelatore OPERA al Gran Sasso : la strumentazione per la prima volta fu in grado di rivelare neutrini tau in un fascio di neutrini mu inviato dal CERN.
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Il video descrive le caratteristiche dell'esperimento CNGS ( CERN Neutrinos to Gran Sasso) mostrando in dettaglio come viene prodotto il fascio di neutrini al CERN. IL video è stato girato mentre il rivelatore OPERA era ancora in fase di costruzione.
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Il video annuncia, attraverso le parole di Antonio Ereditato, lo spokenperson dell'Esperimento OPERA i primi risultati che hanno mostrato l'apparizione di neutrini tau prodotti dall'oscillazione di neutrini muonici prodotti al CERN ed inviato al Gran Sasso.
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