Quanto pesa un neutrino ? 'Le sperimentazioni di KATRIN - Karlsruhe(2019)

Link.    https://arxiv.org/pdf/1909.06048.pdf   (riservato: cerca in Google Search).



La determinazione della massa del Neutrino generato nel decadimento radioattivo del Trizio nell'apparecchiatura KATRIN di Karlsruhe, secondo l'articolo linkato.



L'osservazione che le variazioni di "sapore" (genere) dei neutrini di origine atmosferica e solare, come anche gli studi delle variazioni di genere dei neutrini nei reattori e acceleratori in generale, dimostrano inequivocabilmente che i neutrini di diversa origine possiedono una massa a riposo non-nulla, in contraddizione con la teoria SM (Standard Model) sulla natura e origine dell'universo che afferma che i neutrini di genere diverso possiedono una massa nulla.



I valori assoluti m(i) del neutrino v(i) (i=1,2,3), che non possono essere determinati direttamente nelle loro varianti, sono di una importanza fondamentale negli studi di cosmologia e nei modelli della fisica delle particelle elementari, oltre allo Standard Model tradizionale.



In relazione al ruolo unico dei neutrini primordiali nella formazione di strutture in grande scala nell'universo, osservazioni di accumuli di materia in diverse epoche dell'universo consentono di calcolare la massa come somma dei tre tipi di neutrini [Sigma-m(i)].

I limiti dei valori di massa dei neutrini dipendono e sono accettabili solo se soddisfano alla teoria dell'universo secondo il modello detto Lambda-CDM.

Un altro modello alternativo è previsto tramite la ricerca del doppio decadimento senza neutrini  beta-0vBB, che è un processo proibito nel Modello Standard e che potrebbe dare accesso alla effettiva massa  dell'unico neutrino previsto da Majorana.



Un metodo diretto ed indipendente per valutare la massa di un neutrino a livello di laboratorio è previsto tramite studi cinematici di processi di interazione debole, come il decadimento Beta del Trizio (3H) e la cattura elettrinica dell'Olmio (163Ho).

Queste ricerche portano ad una somma di spettri contenenti i quadrati delle masse dei neutrini, come parametri di m(i) al quadrato.

Ciascun componente spettrale viene valutato dal quadrato assoluto del corrispondente elemento di matrice elettronico (U-ei al quadrato).

A regime i valori dei neutrini m(i) sono superiore a >0.2 eV con variazioni entro il 3%.

La massa misurata nel suddetto decadimento Beta del Trizio o cattura elettronica dell'Olmio è l'unica massa

m(v) = m(i) del neutrino in questi regimi di reazione.



Grazie al basso valore finale dell'energia ed al favorevole tempo di dimezzamento del Trizio (t1/2 = 12,33 anni) la reazione (3)H >>3He+ + e- + v(e) è stata valutata tramite un grande numero di sperimentazioni determinando la piccola e caratteristica distorsione di energia nello spettro Beta dell'energia totale della reazione Eo dovuta alla generazione del neutrino di massa m(v).



Nell'articolo linkato si riporta il primo risultato ottenuto della massa del neutrino generato dalla reazione tramite la strumentazione KATRIN della ricerca del Karlsruhe Tritium Neutrino, che ha realizzato misure con un metodo avanzato di grande sensibilità, e che ha dato un valore di massa del neutrino di 0,2 eV (90% di confidenza), pari a un decimo dei valori precedentemente stimati per il neutrino con altri metodi, dopo 5 anni di ricerche e sperimentazioni a Karlsruhe.





Nell'articolo allegato e nel video si descrivono in dettaglio sia le apparecchiature che le esperienze e risultati ottenuti per la massa del neutrino con il processo KATRIN.





Il risultato finale ottenuto per la massa del neutrino m(v) è nettamente inferiore al valore di 1,1 eV ipotizzato inizialmente, ed ha notevoli implicazioni sia sulla teoiria fisica delle particelle elementari e sia sulle teorie cosmologiche, in particolare sulla evoluzione delle strutture materiali nella teoria Lambda-CDM e ulteriori modelli cosmologici implicanti il  mistero della materia oscura mancante.



Inoltre si dimostra il potenziale del metodo KATRIN nella misura della massa del neutrino in diverse reazioni nucleari, con una sensibilità di  misura di 0,2 eV (90% di confidenza), incrementando le possibilità di ricerca ben oltre al Modello Standard dell'universo, come anche alla ricerca delle miscele di neutrini sterili con masse comprese da 1 eV a 1000 eV.