Credits: MicroBooNE

I neutrini sono tanto misteriosi quanto onnipresenti. Una delle particelle più abbondanti dell’universo, passano inosservati attraverso la maggior parte della materia. Le loro masse sono così piccole che finora nessun esperimento è riuscito a misurarle, mentre viaggiano quasi alla velocità della luce.

L’esperimento MicroBooNE sui neutrini presso il Fermilab del Dipartimento dell’Energia ha realizzato una nuova misurazione che aiuta a dipingere un ritratto più dettagliato del neutrino. Questa misura prende di mira in modo più preciso uno dei processi derivanti dall’interazione di un neutrino con un nucleo atomico, uno con un nome di fantasia: scattering quasi elastico a corrente carica.

I fisici hanno passato molto tempo ad esplorare le proprietà di queste particelle invisibili. Nel 1962, hanno scoperto che i neutrini sono di più di un tipo. Alla fine del secolo, gli scienziati ne hanno identificati tre e hanno anche scoperto che i neutrini possono cambiare attraverso un processo chiamato oscillazione. Questo fatto sorprendente rappresenta una rivoluzione nella fisica: la prima prova conosciuta della fisica al di là del modello standard di grande successo.

Data l’abbondanza di domande senza risposta relative a queste particelle sfuggenti, la fisica dei neutrini sta per entrare in una nuova era di misurazioni ad alta precisione, dove i prossimi esperimenti cercheranno di estrarre i parametri di oscillazione con una precisione senza precedenti. Questi esperimenti utilizzeranno rilevatori all’avanguardia per misurare le interazioni dei neutrini. Affinché gli esperimenti siano un successo, la modellazione accurata delle interazioni neutrino-nucleo nelle loro simulazioni è un must.

Le camere di proiezione temporale liquid-argon sono potenti rivelatori di particelle che permettono di studiare le interazioni dei neutrini in dettaglio e queste misure possono essere utilizzate per valutare la validità dei modelli di interazione dei neutrini nelle simulazioni attuali. L’esperimento sui neutrini MicroBooNE è il primo esperimento operativo su larga scala al Fermilab ad utilizzare questa nuova tecnologia di rivelazione. Ha già raccolto un gran numero di eventi di dispersione dei neutrini nel corso degli ultimi cinque anni.

Quando un neutrino interagisce con un nucleo, può produrre un muone (un cugino dell’elettrone) e un protone attraverso la dispersione quasi elastica a corrente carica, o dispersione CCQE. MicroBooNE ha pubblicato su Physical Review Letters la prima misura delle interazioni di tipo CCQE su argon per eventi che producono un singolo muone e un singolo protone, ma senza pioni carichi – un altro tipo di particella subatomica che spesso deriva dalle interazioni dei neutrini con la materia. Questa misura limita i calcoli essenziali per le misurazioni future e identifica le regioni in cui è necessario migliorare i modelli teorici.

Questo risultato è di grande importanza per tutti i futuri esperimenti di oscillazione dei neutrini che utilizzeranno rilevatori di argon-target, come gli esperimenti del programma Short-Baseline Neutrino program e l’esperimento internazionale Deep Underground Neutrino Experiment, entrambi ospitati da Fermilab, che si baserà su una precisa modellazione delle interazioni dei neutrini sull’argon per raggiungere le loro sensibilità previste.

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