Gli scienziati condividono nuovi dettagli sulla misteriosa 'particella fantasma'

(CNN) I neutrini, le cosiddette “particelle fantasma” sparse nell’universo, possono essere 10 milioni di volte più leggere della massa di un elettrone, secondo un nuovo studio.

I neutrini sono chiamati fantasma perché sono estremamente volatili, o vaporosi, particelle cosmiche che possono passare attraverso qualsiasi tipo di materia senza cambiare. Non hanno quasi massa — ma ora gli scienziati hanno calcolato la massa del tipo più leggero di neutrino.

Possono viaggiare attraverso gli ambienti più estremi, come stelle, pianeti e intere galassie, e rimanere gli stessi. Ma i neutrini, pur essendo altamente energetici, non hanno carica. Nemmeno il campo magnetico più potente può influenzarli.

L’anno scorso, gli scienziati sono stati in grado di tracciare le origini di un piccolo neutrino ad alta energia per la prima volta. Ha viaggiato per 3,7 miliardi di anni luce fino alla Terra. È stato trovato da sensori nelle profondità del ghiaccio antartico nel rilevatore IceCube.

Scienziati e osservatori di tutto il mondo sono stati in grado di rintracciare il neutrino in una galassia con un buco nero supermassiccio che gira rapidamente al suo centro, noto come blazar. La galassia si trova a sinistra della spalla di Orione nella sua costellazione ed è a circa 4 miliardi di anni luce dalla Terra.

Diversi tipi di neutrini appaiono come tre masse diverse, ma il più leggero era sconosciuto fino ad ora. E gli astronomi non sanno ancora molto altro sulle differenze di questi tre tipi.

Lo studio pubblicato giovedì sulla rivista Physical Review Letters.

“Un centinaio di miliardi di neutrini volano attraverso il pollice dal Sole ogni secondo, anche di notte”, ha detto Arthur Loureiro, autore dello studio e studente PHd nel dipartimento di Fisica & Astronomia dell’University College London. “Questi sono fantasmi molto debolmente interattivi di cui sappiamo poco. Quello che sappiamo è che mentre si muovono, possono cambiare tra i loro tre sapori, e questo può accadere solo se almeno due delle loro masse sono non-zero.”

Il mix di tre masse diverse è come mescolare i sapori del gelato, ha detto.

“I tre sapori possono essere paragonati al gelato dove si ha una pallina contenente fragola, cioccolato e vaniglia”, ha detto Loureiro. “Tre sapori sono sempre presenti, ma in rapporti diversi, e il rapporto mutevole – e lo strano comportamento della particella – può essere spiegato solo dai neutrini che hanno una massa.”

L’idea che i neutrini abbiano una massa ha fatto guadagnare agli scienziati Takaaki Kajita e Arthur McDonald il premio Nobel per la fisica 2015.

Per calcolare la bassa massa del neutrino più leggero, sono stati utilizzati i dati di 1,1 milioni di galassie raccolti da fisici delle particelle e cosmologi. Questo ha permesso loro di misurare il tasso di espansione dell’universo. I neutrini sono prevalenti nell’universo, ma difficili da individuare. Gli scienziati hanno richiesto quanti più dati possibili per avere ogni vantaggio nella loro ricerca.

“Abbiamo usato informazioni da una varietà di fonti tra cui telescopi spaziali e terrestri che osservano la prima luce dell’Universo, stelle che esplodono, la più grande mappa 3D delle galassie nell’Universo, acceleratori di particelle, reattori nucleari e altro”, ha detto Loureiro.”Poiché i neutrini sono abbondanti ma minuscoli e sfuggenti, avevamo bisogno di tutte le conoscenze disponibili per calcolare la loro massa e il nostro metodo potrebbe essere applicato ad altre grandi domande che lasciano perplessi sia i cosmologi che i fisici delle particelle.”

Il supercomputer, noto come Grace, all’University College di Londra ha permesso ai ricercatori di creare un modello matematico. Il supercomputer ha macinato mezzo milione di ore di calcolo, che avrebbe richiesto 60 anni su un singolo processore.

I ricercatori hanno scoperto che la massa è 10 milioni di volte più leggera di un elettrone. Il calcolo di questa massa può aiutare i ricercatori che stanno studiando la materia oscura, l’energia oscura e la struttura dell’universo.