Le anomalie nelle misurazioni dei neutrini potrebbero indicare un settore oscuro di particelle

Dopo anni di misurazioni sui neutrini con risultati spesso contrastanti, i fisici hanno iniziato a pensare ad un intero “settore oscuro” di particelle invisibili che potrebbe spiegare contemporaneamente la materia oscura, l’espansione dell’universo e molti degli altri misteri irrisolti della fisica.

I primi risultati inaspettati sui neutrini

In un esperimento del Liquid Scintillator Neutrino Detector (LSND) i ricercatori si erano messi alla ricerca di esplosioni di radiazioni create dai neutrini. L’esperimento si basava su alcuni postulati secondo i quali i neutrini potevano oscillare tra le loro diverse tipologie, un’ipotesi che sembrava spiegare diverse osservazioni astronomiche.

Ma il team che stava eseguendo l’esperimento si trovò davanti a risultati sconcertanti e contrastanti con le teorie proposte. I ricercatori rilevarono infatti molti più neutrini elettronici rispetto a quanto previsto dalla semplice teoria delle oscillazioni dei neutrini.

Questo esperimento diede il via a moltissimi altri esperimenti su queste sfuggenti e misteriose particelle leggere. Esperimenti hanno indagato sui neutrini sotto ogni aspetto e che eppure hanno continuato a fornire risultati contrastanti sul comportamento di queste particelle.

L’esistenza di un nuovo tipo di queste particelle

La spiegazione più semplice dell’anomalia LSND era l’esistenza di un nuovo tipo di neutrino. Questo quarto tipo fu chiamato neutrino sterile, che mescola tutti i tipi di neutrino secondo nuove regole. I neutrini sterili permetterebbero ai neutrini muonici di oscillare più facilmente in neutrini elettronici.

Ma il neutrino sterile non si adattava ai risultati di altri esperimenti realizzati in seguito e nel 2018 la teoria di un quarto tipo di neutrino, quello sterile appunto, fu abbandonata. I fisici quindi hanno ideato nuove teorie che sono più complicate del neutrino sterile, ma che, se corrette, rivoluzionerebbero completamente la fisica, risolvendo contemporaneamente le anomalie nei dati di oscillazione del neutrino e altri importanti misteri della fisica.

Non un nuovo neutrino, ma un intero settore di particelle, quelle oscure

I nuovi modelli proposti ipotizzano l’esistenza di pesanti neutrini aggiuntivi che potrebbero spiegare la materia oscura, la sostanza invisibile che avvolge le galassie e che sembra essere quattro volte più abbondante della materia normale.

Queste nuove teorie sono supportate da quattro analisi e ricerche dovute all’esperimento MicroBooNE del Fermi National Accelerator Laboratory e da quelle degli studi presso il rivelatore di particelle IceCube al Polo Sud.

Negli ultimi tre anni dunque i fisici hanno iniziato a tenere seriamente in considerazione la possibilità dell’esistenza di più neutrini aggiuntivi, che potrebbero interagire tra loro tramite proprie forze segrete. Questo “settore oscuro” di particelle invisibili avrebbe complicate interrelazioni simili a quelle di elettroni, quark e altre particelle del Modello Standard, anche se del tutto indipendenti da queste ultime.

Una prospettiva che risolverebbe molti misteri

L’esistenza di un settore oscuro di particelle, con così tante caratteristiche, potrebbe colmare contemporaneamente molti buchi nella nostra comprensione, come l’enorme quantità di materia oscura che sembra inglobare le galassie.

Un settore oscuro ricco e complesso potrebbe spiegare il motivo per cui l’universo sembra espandersi più velocemente del previsto e del perché le galassie non sembrano raggrupparsi tanto quanto dovrebbero se la materia oscura fosse una singola particella inerte.

All’inizio di quest’anno alcuni dei maggiori fisici teorici del neutrino come Argüelles-Delgado, Conrad e diversi altri collaboratori hanno proposto un modello del settore oscuro che include tre neutrini pesanti di massa diversa. Il loro modello tiene conto dei dati LSND e MiniBooNE attraverso un miscuglio di neutrini pesanti che decadono e di quelli leggeri che oscillano. Questo modello lascia anche spazio per spiegare l’origine della massa del neutrino, l’asimmetria materia-antimateria dell’universo attraverso il meccanismo dell’altalena e la materia oscura.

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