© Takaaki Kajita / K. MacFarlane. Queen's University/SNOLAB / 2015 Nobel Prize

Sono Takaaki Kajita, classe 1959, fisico giapponese che lavora all'Osservatorio di neutrini SuperKamiokande dell’Università di Tokyo; e il canadeseArthur B. McDonald, nato nel ’43 e di stanza alla Queen's University di Kingston (Canada) i due vincitori del 109esimo Nobel per la Fisica assegnati a Stoccolma. A far loro guadagnare l’ambitissimo riconoscimento è stato il medesimo oggetto di studio: i neutrini, particelle subatomiche che viaggiano nell’Universo.

COSA SONO I NEUTRINI. I neutrini sono particelle sfuggenti, che sono presenti nel Cosmo in tre diverse qualità (possono infatti essere elettronici, muonici e tauonici). Come dimostrato da McDonald e Kajita, hanno la capacità di “oscillare”, ossia trasformarsi nella loro identità, diventando neutrini di una famiglia diversa da quella di partenza. L’osservazione dell’oscillazione dei neutrini, oltre a dimostrare le teorie di Pauli e Fermi, che ne avevano postulato l’esistenza, ha un’enorme importanza nella comprensione della materia e delle sue componenti fondamentali.

IL PROBLEMA DELL’OSCILLAZIONE. L’esistenza del neutrino fu postulata negli anni Trenta da Wolfgang Pauli e poi ripresa successivamente da Enrico Fermi; tuttavia, i fisici che ne avevano tentato lo studio si erano trovati davanti ad un ostacolo: se i modelli teorici sul funzionamento del Sole prevedevano un flusso costante e sostenuto di neutrini dal nostro astro alla Terra, gli scienziati avevano sì potuto osservare il movimento di queste particelle subatomiche, ma in una quantità decisamente più contenuta. La questione trovò risoluzione in un fenomeno singolare, che Kaijta e McDonald hanno messo al centro dei loro studi: si teorizzò, infatti, la capacità dei neutrini di cambiare “identità” durante il tragitto dal Sole al nostro Pianeta.

PARTICELLE SFUGGENTI. I neutrini bombardano costantemente con il loro flusso la Terra, attraversandone facilmente la superficie: queste particelle subatomiche interagiscono in maniera davvero minima con la materia, essendo soggette solo alle relativamente tenui forze di gravità e di interazione debole. Questa scarsissima interazione con l’ambiente rende i neutrini molto difficilida rivelare e studiare, e perciò risulta altrettanto complicato dimostrare la loro oscillazione. Ci sono riusciti McDonald e Tajiki, con due esperimenti paralleli.

ESPERIMENTI DA NOBEL. I due fisici hanno lavorato sui neutrini osservandone l’attività in luoghi tra loro simili: nelle profondità della Terra, all’interno di miniere che, grazie allo strato di roccia, permettono di ridurre significativamente le interferenze spurie e isolare il segnale dei neutrini. SuperKamiokande è infatti situato in sito minerario di estrazione dello zinco; attivo dal 1996, ha permesso di osservare il flusso dei neutrini provenienti sia dall’alto che dal basso, e il minor numeri di neutrini in movimento da sotto a sopra ha permesso al fisico Kajita di ipotizzare la trasformazione dei neutrini da muonici in tauonici. Analogo l’esperimento di McDonald, che ha trovato la sede dello Sudbury Neutrino Observatory(SNO) in una minieradi nickel in Ontario: qui, lo scienziato canadese ha potuto osservare l’oscillazione da elettronici a muonici dei neutrini provenienti dal Sole.