Dossier

Sotto il Gran Sasso alla caccia della particella di Majorana

Majorana e il mistero della materia nell’universo

Lo sviluppo di una teoria della materia, oggi conosciuta sotto il nome di Modello Standard e che ha superato molti tests sperimentali, risale agli anni ‘60 e prevede che ogni particella abbia una corrispondente antiparticella: per esempio il positrone, antiparticella dell’elettrone, o l’antiprotone.

Modello standard - particelleAnche particelle con carica elettrica neutra possiedono un’antiparticella, per esempio neutrone e antineutrone, in virtù del momento magnetico associato alle particelle.

Infatti, tutte le  particelle dotate di massa posseggono un oggetto quantistico (lo spin), che è paragonabile, autorizzando qualche licenza poetica, al momento magnetico derivante dal moto rotatorio della particella su se stessa.

Le antiparticelle si distinguono dalle loro particelle per avere carica elettrica opposta e spin opposto e obbediscono a leggi fisiche distinte. Qualora entrassero in contatto tra loro, particelle e antiparticelle annichilerebbero, con la generazione di fotoni ad alte energie (raggi gamma). Questi ultimi, in quanto privi di massa e di spin, sono le antiparticelle di se stesse.

Ma il neutrino potrebbe fare eccezione e per questo si colloca in una posizione scomoda nell’attuale Modello Standard: infatti, oltre ad avere una massa, cosa non prevista dall’attuale Modello Standard, il neutrino potrebbe corrispondere all’antineutrino. In questo aspetto sarebbe simile al fotone, e darebbe corpo all’ipotesi di Majorana.

Il fatto che neutrino ed antineutrino possano essere la stessa particella, spiegherebbe la sua piccolissima massa ed anche l’enorme difficoltà di osservare antineutrini in natura. Questi ultimi sarebbero dotati di una massa molto grande, ma allo stesso tempo instabile a tal punto da trasformarsi rapidissimamente in una massa minuscola, il neutrino. Le due particelle sarebbero dunque in una sorta d’altalena tra masse e forze che porta sempre la massa più piccola in alto, ovvero ad emergere.

GERDA - logoIl valore esatto della massa del neutrino non è ancora conosciuto, ed è un altro importante obiettivo del progetto GERDA, soprattutto nella sua seconda fase, con l’arricchimento della quantità di rivelatori e di Ge-76 germanio da 18kg a 100kg.

Il suo valore limite è comunque dettato dal Big Bang, visto che gli scienziati hanno rivelato un rapporto costante tra numero di fotoni e numero di neutrini nella radiazione cosmica di fondo, che rappresenta l’eco dell’esplosione primordiale.

Nonostante la massa del neutrino sia piccolissima, il suo valore esatto è di grandissima importanza sia per chiarire l’eventuale presenza di materia oscura nell’universo, sia capire il motivo per cui c’è più materia che antimateria nell’universo. In due parole: perchè esistiamo.

Nell’istante successivo al Big Bang la quantità di materia e di antimateria erano identiche, per cui con il progressivo raffreddamento dovuto all’espansione dell’universo le particelle e le antiparticelle avrebbero dovuto annichilarsi. Invece, dai calcoli sulla quantità di materia osservata nell’universo, i fisici hanno notato che nell’istante dopo il Big Bang, per qualche motivo sconosciuto, circa una particella di materia ogni 10 miliardi è sopravvissuta fino ad arrivare progressivamente alla quantità attuale di materia presente nell’universo. Il motivo potrebbe essere spiegato proprio dal raffreddamento che ha permesso alla piccola massa del neutrino di Majorana di predominare sul pesante antineutrino, o di trasformarsi in altre particelle più pesanti.  

Se il bosone di Higgs è chiamato la “particella di Dio”, il neutrino di Majorana potrebbe essere il suo miracolo. Spetta agli scienziati di GERDA e MAJORANA l’ardita sfida di scovarlo.

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