Il problema dei neutrini solari

Dopo le prime misure di Davis del 1968 che misurano il flusso di neutrini solari mostrando però un deficit nella quantità degli stessi, molti altri esperimenti si dedicheranno negli anni successivi alla misura dei neutrini solari. Tutti però mostarono un deficit nel numero di neutrini rivelati rispetto al numero di neutrini attesi.

Tutti gli esperimenti effettuati possono essere concettualmente suddivisi in tre gruppi, a seconda del metodi di rivelazione utilizzato.

1) Alcuni esperimenti hanno ripreso in vario modo la metodologia utilizzata da Davis, effettuando dunque misure di tipo radio chimico ed usando il Cloro come reagente. Tutti questi esperimenti sono in grado di rivelare solo neutrini con energie superiori a 0,8Mev, l'energia necessaria per poter innescare la reazione nucleare di trasformazione del Cloro in Argon.

2) Altri esperimenti , sempre di tipo radiochimico, hanno utilizzato invece il Gallio come reagente. Il vantaggio è che l'energia di soglia è in questo caso più bassa (0,233 Mev) e permette dunque di rivelare anche i neutrini meno energetici ma più umerosi prodotti dalla reazione PP. In questo caso ricordiamo due importanti progetti con rilevante contributo italiano, condotti nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso: Borexino e  Gallex.

Per approfondire le informazioni su Borexino si può consultare a titolo d'esempio: il sito ufficiale del progetto, la pagina dedicata dall'INFN e dai LNGS,  oppure la pagina dedicata da wikipedia.

Per quanto riguarda Gallex invece, l'immagine qui a fianco ne riassume le principali caratteristiche descritte nella pagina del sito divulgativo "Scienza per tutti".

Si possono anche consultare le pagine dell'Enciclopiedia Treccani sull'argomento

3) Una terza tipologia di rivelatori utilizza invece l'acqua sfruttando l'effetto Cherenkov: ne parleremo in modo diffuso in alcune delle prossime pagine del sito. Qui preme sottolineare che questo terzo tipo misure ha un'energia di soglia molto elevata e permette quindi di rivelare solo i neutrini meno numerosi e più energetici, con energie maggiori di 5Mev.

Tutte le misure effettuate con tecniche diverse concordano nel riportare un deficit tra i neutrini attesi e quelli misurati, deficit varia al variare delle tecniche , come riassumono i due grafici riportati nel seguito.

Il problema venne chiarito in modo conclusivo con l'esperimento SNO del 2001 che dimostra la validità dell'ipotesi di oscillazione del neutrino formulata per la prima volta ancora da Bruno Pontecorvo e che verrà discussa nel dettaglio nella sezione successiva.

La teoria di oscillazione  prevede che i neutrini nel loro viaggio dalla terra al sole possano cambiare di sapore: i neutrini prodotti nel sole sono tutti neutrini elettronici ma durante il percorso verso la terra alcuni di loro diventano neutrini muonici o tauonici. I primi esperimenti sui neutrini solari erano progettati per rivelare solo i neutrini elettronici e questo spiega il deficit delle misure raccolte.

Solo nel 2001 con l'esperimento SNO la teoria di oscillazione venne provata in modo definitivo per i neutrini solari e nel 2002 Ray Davis fu insignito del Premio Nobel "for pioneering contributions to astrophysics, in particular for the detection of cosmic neutrinos