Nuove indicazioni più stringenti sull’'esistenza di una differenza nel comportamento dei neutrini e delle loro antiparticelle, gli antineutrini, arrivano da un nuovo studio della collaborazione T2K (Tokai to Kamioka), pubblicato sulla rivista Nature.
I nuovi risultati dimostrano che il fenomeno dell'oscillazione, con cui i neutrini si "trasformano" in neutrini di un altro tipo, si verifica con probabilità diverse per i neutrini rispetto agli antineutrini. In termini tecnici questo effetto viene chiamato "violazione di CP".
Questa ricerca apre uno spiraglio nella comprensione di uno dei grandi misteri che riguardano il nostro universo: cioè la netta prevalenza della materia sull’antimateria. Allo studio Nature dedica la copertina che ritrae l'interno del suggestivo rivelatore Super-Kamiokande, equipaggiato con oltre 11.000 occhi elettronici (fotomoltiplicatori) capaci di catturare la luce prodotta dagli elusivi neutrini nelle interazioni con l'acqua purissima (50.000 tonnellate) di cui è riempito.
L'esperimento T2K è una collaborazione internazionale a cui l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) partecipa dalle prime fasi di progettazione ricoprendo ruoli di grande responsabilità, e vede contributi delle sezioni INFN e delle Università di Napoli, Padova e Roma Sapienza, Università e Politecnico di Bari, e dei Laboratori Nazionali di Legnaro dell'INFN.
"Questo risultato premia i molti anni di sforzi per costruire, mettere in funzione e operare uno degli apparati più complessi mai realizzati nel nostro settore", sottolinea Gabriella Catanesi, responsabile per l'INFN dell'esperimento T2K e componente del comitato esecutivo dell'esperimento. "Siamo molto orgogliosi e soddisfatti. Ma non ci fermiamo certamente qui. Stiamo lavorando per migliorare ancora il nostro apparato per essere in grado di fronteggiare le sfide dei prossimi anni", conclude Catanesi.
Per misurare questo fenomeno, nell'esperimento T2K, un potente fascio di neutrini (o anti-neutrini) muonici viene prodotto nel complesso di acceleratori per la ricerca (JPARC) presso il villaggio di Tokai sulla costa orientale del Giappone. I neutrini vengono prima misurati vicino al luogo di produzione e poi intercettati dal gigantesco rivelatore sotterraneo Super-Kamiokande, a Kamioka, nei pressi della costa occidentale del Giappone, a 295 chilometri di distanza. Durante questo tragitto, infatti, i neutrini (o gli antineutrini) muonici possono "oscillare", trasformandosi in neutrini (o antineutrini) di tipo elettronico.
T2K ha trovato che il numero di antineutrini muonici che oscillano in antineutrini elettronici è inferiore rispetto a quello dei neutrini muonici oscillanti in neutrini elettronici. Dopo aver analizzato i dati di nove anni, l'esperimento T2K ha raggiunto un livello di significatività statistica sufficientemente alta da poter fornire un'indicazione abbastanza stringente sull'esistenza della violazione della CP in queste particelle fondamentali. In particolare la probabilità che questo fenomeno non esista è inferiore allo 0,3 per cento.
Misurazioni più precise sono necessarie per confermare queste indicazioni. Tuttavia questo risultato rafforza le osservazioni precedenti e apre la strada a scoperte future. La nuova generazione di esperimenti attualmente in preparazione (DUNE negli USA e Hyper-Kamiokande in Giappone ) in cui l'INFN è attivamente coinvolto, potrebbe contribuire a dare una risposta al problema dell'antimateria "mancante" nei prossimi dieci anni.