Gli scienziati sono interessati agli antineutrini per ragioni sia pratiche che teoriche. Dal punto di vista pratico, gli antineutrini sono prodotti in quantità prodigiose nei reattori nucleari, e questi antineutrini possono essere usati per monitorare con precisione il nucleo del reattore. D’altra parte, gli scienziati vogliono studiare le oscillazioni degli antineutrini e scoprire se i neutrini e i loro fratelli antimateria si comportano in modo inaspettatamente diverso.
Un antineutrino è il partner antiparticella del neutrino, il che significa che l’antineutrino ha la stessa massa ma la “carica” opposta del neutrino. Anche se i neutrini sono elettromagneticamente neutri (non hanno carica elettrica e nessun momento magnetico), possono portare un altro tipo di carica: il numero di leptoni. Queste sono caratteristiche che possono distinguere una particella da un’antiparticella (insieme a proprietà come l’elicità).
I numeri di leptoni sono assegnati alle tre famiglie di leptoni, che sono facilmente ricordate dai loro sapori. L’elettrone e il neutrino elettronico (e le loro antiparticelle) sono un insieme, il muone e il neutrino muonico sono un altro, e il tau e il neutrino tau costituiscono il terzo. Nel sapore dell’elettrone, il numero di leptoni è descritto in termini di numero di elettroni; gli elettroni e i neutrini elettronici hanno un valore di 1, i positroni e gli antineutrini elettronici hanno un valore di -1, e tutti gli altri leptoni (associati a muoni o tau) hanno un valore di 0, perché non hanno sapore di elettrone. Lo stesso accade nel sapore del muone con un numero di muone: i muoni e i neutrini muonici hanno il numero 1, le loro antiparticelle sono -1, e tutto il resto ha un numero di muone di 0. Applica lo stesso schema per il tau e il neutrino tau!
Questo esempio di decadimento mostra un muone che si trasforma in un neutrino muonico, un elettrone e un antineutrino elettronico. Il numero di leptoni è conservato. Credit: The Particle Adventure/ Lawrence Berkeley National Laboratory
Gli scienziati considerano che il numero totale di leptoni sia conservato se la somma dei numeri di sapore dei leptoni della famiglia prima di una reazione rimane invariata dopo una reazione. È un metodo per bilanciare le equazioni che descrivono le reazioni, ed è un buon predittore del fatto che gli scienziati dovrebbero aspettarsi che si verifichi un certo processo. Finora, gli scienziati non hanno osservato la violazione della conservazione del numero totale di leptoni: vedono sempre il numero e i tipi appropriati di neutrini e antineutrini prodotti attraverso l’interazione debole. Tuttavia, se i neutrini e gli antineutrini sono in realtà la stessa particella, il numero di leptoni non sarebbe conservato. I neutrini potrebbero non aver ancora rivelato tutta la storia.
Il fatto che i neutrini oscillino da un sapore all’altro implica che il sapore del leptone familiare non è conservato. E se, per esempio, i neutrini e gli antineutrini oscillano da un sapore all’altro a tassi diversi, questo implicherebbe una violazione della cosiddetta simmetria carica-parità (CP). Questo sarebbe particolarmente eccitante, perché la violazione della simmetria CP è un requisito necessario per passare da un universo “neutro” (parti uguali di materia e antimateria) all’universo dominato dalla materia in cui viviamo. Questo rimane uno dei più grandi enigmi che i fisici delle particelle stanno cercando di svelare.
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