Neutrini atmosferici prodotti dai raggi cosmici

Gli studi condotti sui raggi cosmici portarono i fisici a comprendere che la terra è costantemente bombardata da particelle che arrivano dallo spazio: queste sono principalmente protoni.

Quando i protoni collidono con gli strati alti dell'atmosfera si possono produrre molte particelle, che tipicamente hanno tempi di via molto breve e poco dopo decadono in atre particelle. Negli strati alti dell'atmosfera hanno dunque luogo reazioni nucleari in cui , sempre rispettando i principi di conservazioni di energia e quantità di moto, la massa e l'energia cinetica dei protoni dei raggi cosmici primari si trasforma in massa ed energia cinetica di particelle instabili che formano i raggi cosmici secondari.

Quando un protone interagisce con i nuclei della materia ordinaria una delle reazioni più probabili è la produzione di mesoni ( ossia particelle formate da due quarks) chiamati pioni ( \( \pi \) ) che possono essere positivi, neurti o negativi. Queste sono particelle che in tempi brevissimi (2,6×10⁻⁸ s) decadono, come mostrato nell'immagine a fianco: il pione positivo in un muone ed un neutrino ed il pione negativo in un muone negativo ed un antineutrino.

A loro volta i muoni non sono particelle stabili e decadono ( tempo di vita medio 2,2 ×10^-6s)  : il muone negativo in elettrone emettendo due neutrini ed il muone positivo in positrone emettendo sempre due neutrini. Dunque ci sono neutrini che vengono prodotti in coppia con muoni e neutrini che vengono emessi in coppia con elettroni.  Fu sempre Pontecorvo a formulare l'idea (1958) che il neutrini che si accompagnano all'emissione del muone non fosse lo stesso di quello che accompagnava l'emissione di elettroni. Oggi infatti sappiamo che il fisico italiano aveva ragione e chiamiamo i primi neutrini muonici ed i secondi neutrini elettronici.

Le reazioni, scritte come nell'immagine a fianco sono come le conosciamo noi oggi.