Con il contributo di un team di ricerca guidato dal Prof. Marco Carminati del Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria del Politecnico di Milano, l'esperimento internazionale KArlsruhe TRItium Neutrino Experiment (KATRIN) del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ha superato ancora una volta i propri risultati. Gli ultimi dati, pubblicati di recente sulla rivista Science, stabiliscono un limite superiore di 8·10-37 kg (corrispondenti a 0,45 eV/c2) per la massa dei neutrini. Con questo risultato, KATRIN, che misura la massa dei neutrini in laboratorio con un metodo indipendente dai modelli, ha stabilito di nuovo un record mondiale.
I neutrini sono tra le particelle più enigmatiche dell'universo. Sono onnipresenti, ma interagiscono molto raramente con la materia. In cosmologia influenzano la formazione delle strutture delle galassie su larga scala, mentre in fisica delle particelle, la loro massa minuscola serve come indicatore di processi fisici precedentemente sconosciuti. La misurazione precisa della massa dei neutrini è quindi essenziale per una comprensione completa delle leggi fondamentali della natura.
È proprio qui che entra in gioco l'esperimento KATRIN con i suoi partner internazionali. KATRIN utilizza il decadimento beta del trizio, un isotopo instabile dell'idrogeno, per valutare la massa dei neutrini. La distribuzione energetica degli elettroni risultanti dal decadimento consente una determinazione cinematica diretta della massa dei neutrini.
Per raggiungere questo obiettivo sono necessari componenti tecnici molto avanzati: la linea di fascio, lunga 70 metri, ospita una sorgente intensa di trizio e uno spettrometro ad alta risoluzione con un diametro di 10 metri. Questa tecnologia all'avanguardia consente una precisione senza precedenti nelle misure dirette della massa dei neutrini.
La qualità delle prime serie di dati è migliorata costantemente dall'inizio delle misurazioni nel 2019 e i ricercatori guardano con ottimismo al futuro. Le misurazioni della massa dei neutrini continueranno fino alla fine del 2025. Grazie al continuo miglioramento dell'esperimento e dell'analisi, nonché a un set di dati più ampio, ci si aspetta una sensibilità ancora maggiore, e forse nuove scoperte rivoluzionarie.
KATRIN è già leader nel campo mondiale delle misurazioni dirette della massa dei neutrini e con i suoi dati iniziali ha superato di quattro volte i risultati degli esperimenti precedenti. Le ultime scoperte indicano che i neutrini sono almeno un milione di volte più leggeri degli elettroni, le particelle elementari con carica elettrica più leggere. Spiegare questa enorme differenza di massa rimane una sfida fondamentale per la fisica teorica delle particelle.
Oltre alla misurazione precisa della massa dei neutrini, KATRIN sta già pianificando la fase successiva. A partire dal 2026, verrà installato un nuovo rivelatore chiamato TRISTAN. Il team di ricerca del Prof. Carminati ha sviluppato l’elettronica di lettura a basso rumore ed alta compattezza del rivelatore SDD, inventato dal Prof. Emilio Gatti e realizzato in matrici monolitiche da 166 pixel. Questo aggiornamento dell'esperimento consentirà la ricerca del nuetrino sterile, una particella ipotetica che interagisce in modo ancora più debole dei neutrini conosciuti. Con una massa nell'ordine dei keV/c², i neutrini sterili sono potenziali candidati per spiegare la materia oscura.
