Sotto al Gran Sasso è stato allestito un esperimento per individuarne una reazione nucleare effimera ma fondamentale per la fisica.
I neutrini sono le particelle più elusive di tutte. Hanno infatti massa quasi pari a zero e niente carica elettrica e per questo interagiscono poco con la materia e con le onde elettromagnetiche.
Anche se restii ad interagire, i neutrini riempiono però ogni cosa: prodotti dalle reazioni nucleari del Sole e delle altre stelle, triliardi di loro stanno ora attraversando il vostro corpo mentre leggete queste righe.
Per catturarli sono stati necessari rivelatori mastodontici nascosti sotto miliardi di tonnellate di materia, per evitare interferenze di raggi cosmici, come quelli nei laboratori sotto il Gran Sasso.
La loro storia è curiosa: sono stati letteralmente inventati dai fisici per spiegare i risultati del decadimento di un neutrone in un protone e un elettrone, ma sono stati osservati empiricamente solo vent’anni dopo la postulazione della loro esistenza.
Adesso, sempre sotto il Gran Sasso, gli scienziati stanno cercando la prova che il neutrino e la sua antiparticella, l’antineutrino, sono la stessa cosa.
Per ogni particella di materia, infatti, ne esiste una di antimateria, con uguale massa ma carica opposta. L’antielettrone, o positrone, è per esempio un elettrone con carica elettrica positiva anziché negativa. Quando una particella si incontra con la sua antiparticella queste si annichiliscono producendo energia.
I fisici si chiedono: se alla creazione di ogni particella si forma anche un’antiparticella, com’è possibile che dopo il Big Bang si sia creata la materia che oggi compone l’universo? Perché la materia non si è annichilita tutta con l’antimateria?
Un lieve eccesso di materia sull’antimateria, al momento della creazione di ogni cosa, ha fatto sì che la prima prevalesse sulla seconda e ha potuto originare il cosmo.
Questo eccesso di materia al tempo zero si spiega solo se si considera il neutrino una particella di Majorana, cioè una particella che è uguale alla sua antiparticella.
E per verificare questa uguaglianza nei laboratori del Gran Sasso è stato allestito l’esperimento CUORE (Cryogenic Underground Observatory for Rare Events).
Il rivelatore CUORE cerca la firma dei neutrini di Majorana in un processo chiamato doppio decadimento beta senza neutrini. Spieghiamo. Il doppio decadimento beta avviene quando simultaneamente in un nucleo di un atomo due neutroni si trasformano in due protoni, due elettroni e due antineutrini.
Ma se i neutrini sono particelle di Majorana, allora in questa reazione i due antineutrini si annichiliscono tra loro e così si ha creazione di materia (protoni ed elettroni) senza antimateria (gli antineutrini). Tuttavia questo decadimento è molto raro: avviene, secondo i calcoli teorici, ogni 10 seguito da venticinque zeri anni. L’età dell’universo è di 13,8 miliardi di anni, per fare un paragone. Ma se c’è una certa abbondanza di atomi, per le leggi della statistica, questi fenomeni non sono poi così rari da rilevare.
E proprio questo cerca CUORE: l’infinitesima energia sotto forma di calore liberata dal doppio decadimento beta senza neutrini nel decadimento radioattivo di atomi di tellurio.
Si può affermare che CUORE non è altro che un termometro sensibilissimo, composto da 998 cristalli cubici di biossido di tellurio raffreddati a meno 273 gradi, cioè pochi decimi di grado sopra lo zero assoluto. Per isolare il tutto da interferenze esterne il rilevatore è schermato da lingotti di piombo di epoca romana, trovati sul fondo del mare nel relitto di una nave naufragata più di duemila anni fa.
Perché questo piombo romano? Il motivo è semplice: il piombo decade anch’esso radioattivamente, ma in campioni di duemila anni fa quasi tutto il piombo, in questo lasso di tempo, è decaduto e così non emette altre particelle che possono interferire con le misure di CUORE.
Trovato qualcosa? Dal 2017 ad oggi l’esperimento non ha rilevato nessuna particella di Majorana. Un fallimento dunque? I fisici non si scoraggiano e stanno già pensando a un upgrade di CUORE, con cristalli diversi e strumenti più sensibili.
