neutrino

Ipotesi e scoperta dei neutrini Postulati da Wolfang Pauli (1930 ) per salvaguardare la legge della conservazione della energia Definiti con nome di “neutrini” da Enrico Fermi (1934) che li introduce per interpretare il decadimento beta negativo Antineutrini elettronici rivelati nel 1956 Esistono tre diversi neutrini ( e antineutrini) appartenenti ai Leptoni elettronico 2.2 eV , muonico 170 KeV , tauonico 15.5 Mev

protone + elettrone > neutrone+neutrini Fonte di molti neutrini : stelle supernove collassanti Reattori nucleari in attività :fissione di Uranio > scorie radioattive protone + elettrone > neutrone+neutrini Neutrone > protone + elettrone + antineutrino reazioni di fusione nel nucleo delle stelle, sole Sono sensibili solo alla “interazione debole” essendo privi di carica elettrica e con massa infinitesima: possono attraversare grandissime quantità di materia senza interagire e quindi senza essere rivelabili

Quando un nucleo radioattivo emette una particella alfa , si trasforma in un altro nucleo più leggero: la differenza tra le due masse moltiplicata per la velocità della luce al quadrato fornisce sempre la stessa energia che si ritrova nella particella alfa emessa( massa + energia cinetica): energia variabile con il variare del nucleo emittente (M1 – M2 )*c^2=K1 (M1 – M2 )*c^2=K2 Particelle alfa con massa identica ma diversa energia cinetica Nucleo derivato Nucleo emittente

nuclei identici emittenti elettroni mostrano che la differenza di massa tra nucleo emittente e nucleo derivato moltiplicata per il quadrato della luce (equivalente alla massa+energia dell’elettrone emesso), non risulta costante ma presenta un insieme di valori (spettro continuo) da un massimo a un minimo: Per valori massimi si ritrova la equivalenza tra massa del nucleo emittente e somma delle masse del nucleo derivato e dell’elettrone; per valori energetici minori si riscontra un difetto di massa: M1- M2 = Ee M1- M2 > Ee M1- M2 > Ee M1 M2 Energia elettroni, con massa costante

Wolfang Pauli ( 1930) postula la esistenza di una particella, neutra, (senza massa o infinitesima) che viene emessa insieme all’elettrone , portatrice di una energia equivalente a quella mancante all’elettrone stesso M1 M2 Elettroni con energia variabile Neutrini con energia variabile

Scoperta del neutrone nel 1932; Enrico Fermi (1934) interpreta la emissione di particelle beta (elettroni) come prodotto di un decadimento di un neutrone del nucleo in un protone, elettrone, neutrino (antineutrino) elettrone neutrino protone neutrone Nucleo radioattivo Neutrone >>> protone + elettrone + antineutrino L’atomo mantiene massa 3 e cambia numero atomico :da 1 a 2 Atomo iniziale : 2 neutroni e 1 protone : massa 3 e numero atomico 1 atomo finale :1 neutrone e 2 protoni: massa 3 2 numero atomico 2

Rivelatore di neutrini elettronici 90 30 muonici tauonici Elettronici prevedibili Elettronici rivelati Rivelatore di neutrini elettronici Neutrini elettronici rilevati , circa 1/3 di quelli prevedibili: diversa la reazione di produzione nel sole :fusione di idrogeno in elio con creazione di energia e neutrini? Trasformazione da elettronici in altro tipo ?”oscillazione” possibile solo se hanno massa

Ipotesi sulla loro massa: hanno massa. Per quanto infinitesima Ipotesi sulla loro massa: hanno massa ? Per quanto infinitesima? Per spiegare la mancanza di neutrini provenienti dal sole si ipotizza la loro “oscillazione” , trasformazione da neutrini elettronici in altro tipo: ciò è possibile solo se hanno massa, come ipotizzato dal fisico Bruno Pontecorvo nel 1969. Essendo privi di carica e con massa infinitesima, non interagiscono praticamente con la materia attraversata (interagiscono solo con interazione debole) e quindi non sono rivelabili se non in misura molto ridotta e con grande difficoltà: necessari rivelatori di grandi dimensioni e osservazioni prolungate nel tempo per avere alcune interazioni rivelatrici del passaggio dei neutrini in funzione di fenomeni che avvengono nell’incontro neutrini, antineutrini, particelle materiali varie

Neutrone decade in protone + elettrone + antineutrino Antineutrino + protone > neutrone + positrone Esperimento condotto nel 1956 a Savannah River che rivela la esistenza dell’antineutrino sfruttando la reazione inversa a quella di decadimento, usando antineutrini disponibili in grandi quantità nelle reazioni di fissione nucleare interne al reattore

Nel rivelatore è presente H2O : l’idrogeno contiene un protone quando un antineutrino viene catturato da un protone dell’idrogeno si verifica la reazione che porta alla creazione di un neutrone e un positrone: il positrone si annichila quasi immediatamente incontrando un elettrone generando due fotoni con energia pari alla massa di ogni elettrone:0.5 Mev, i due fotoni si allontano in senso opposto e vengono rivelati da scintillatori che comunicano con fotocellule e segnalano l’evento e la sua energia neutrone positrone scintillatore elettrone antineutrino protone scintillatore scintillatore scintillatore cadmio Il neutrone viene catturato dal nucleo del Cadmio (CdCl2) presente con H2O il nucleo emette 1-2 raggi gamma ( 9 Mev) rivelati da scintillatori Il segnale è composto da due fotoni di energia uguale (0,5 MeV), seguiti da un fotone di energia molto maggiore( 9 Mev) a breve distanza di tempo.

Tipi di rivelatori I rivelatori al cloro consistono di serbatoi riempiti di tetracloruro di carbonio (CCl4). In questi rivelatori un neutrino converte un atomo di cloro in uno di argon rivelatori al gallio sono simili a quelli al cloro dal punto di vista del funzionamento, ma più sensibili ai neutrini a bassa energia.

I rivelatori ad acqua pura come il Super-Kamiokande contengono una grande massa d'acqua, circondata da rivelatori di luce detti "tubi fotomoltiplicatori” il neutrino trasferisce parte della sua energia ad un elettrone, che in seguito all'urto si muove più velocemente di quanto faccia la luce in acqua , si genera una emissione ottica (in luce visibile), conosciuta come radiazione Cherenkov che può essere rivelata dai fotomoltiplicatori.

I rivelatori ad acqua pesante usano tre tipi di reazione per rivelare i neutrini. La prima è la stessa dei rivelatori ad acqua pura. La seconda implica la collisione del neutrino con un atomo di deuterio e conseguente rilascio di un elettrone. Nella terza il neutrino spezza in due l'atomo di deuterio. I risultati di queste reazioni vengono rivelati dai "tubi fotomoltiplicatori".

I neutrini prodotti fin dal big bang sono diffusi in tutto l’universo:la loro massa pur infinitesima potrebbe in parte contribuire alla “massa mancante,oscura” necessaria per spiegare il comportamento del cosmo ?

Importanti per informazioni trasmesse su reazioni che avvengono nel nucleo del sole perché arrivano in superficie rapidamente e si propagano nello spazio alla velocità della luce:le radiazioni invece prodotte nel nucleo giungono in superficie impiegando molto tempo per continue interazioni con la materia da attraversare e modificano il loro spettro originario