L'esperimento CUPID-0, ottiene una nuova misura per il doppio decadimento beta a due neutrini dell’isotopo del Selenio 82 (82Se), raggiungendo il risultato più preciso tra tutti gli isotopi studiati. Gli esiti di questo lavoro, che aprono la strada ad una migliore comprensione degli aspetti di fisica nucleare alla base di questo fenomeno, sono pubblicati nell'ultimo numero di Physical Review Letters.
CUPID-0 è stato un esperimento attivo presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso dal 2017 al 2020 nella ricerca del cosiddetto doppio decadimento beta senza emissione di neutrini. L’osservazione di questo rarissimo processo, ancora non rilevato, porterebbe a sciogliere un importante nodo sulla natura delle particelle elementari.
Uno degli obiettivi della fisica sperimentale moderna è, infatti, comprendere se i neutrini e gli antineutrini siano la stessa particella o meno. Nel primo caso, i neutrini sarebbero particelle di Majorana, dal nome dell’eminente fisico italiano che ha sviluppato la teoria che li descrive, nel secondo caso, si direbbero particelle di Dirac.
Per poter discernere tra le due possibilità, si studia appunto il doppio decadimento beta. Esso avviene quando atomi instabili – denominati isotopi – si trasformano in atomi più stabili emettendo nel processo due protoni, due elettroni e due neutrini.
Nel caso in cui i neutrini si comportassero come descritti dalla teoria di Majorana, esisterebbe anche la possibilità che il doppio decadimento beta non abbia tra i prodotti finali i neutrini. La probabilità che ciò si verifichi, però, è estremamente bassa e serve dunque lavorare su un numero molto elevato di atomi, proteggendo l’esperimento dal fondo ambientale che potrebbe falsare i risultati, perché ci sia una probabilità non nulla di osservare il fenomeno.
Basti pensare che un rivelatore di circa 10 kg come CUPID-0 potrebbe osservare meno di quattro decadimenti senza emissione di neutrini all’anno, secondo i limiti più recenti.
I decadimenti con l’emissione di due neutrini sono invece molto più frequenti, nel rivelatore di CUPID-0 se ne individuavano circa 30 all’ora.
Grazie agli eventi raccolti durante l’intero periodo di misura, è stato possibile migliorare la descrizione dei dati sperimentali in un ampio intervallo di energia, riducendo così le incertezze sistematiche sull'identificazione delle sorgenti di fondo. La maggiore precisione ha consentito di eseguire la misura più accurata del doppio decadimento beta a due neutrini mai effettuata, con un errore dell’ordine dell’1%. Misure di precisione come questa sono cruciali per favorire un miglioramento dei modelli teorici utilizzati per comprendere la dinamica nucleare alla base anche del processo senza neutrini.
“I risultati scientifici ottenuti da CUPID-0 in questi anni” – sottolinea Stefano Pirro, responsabile della collaborazione CUPID-0 – “sono il frutto dell’impegno dei nostri giovani ricercatori combinato con la eccezionale esperienza nella ricerca di eventi rari maturata ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso negli ultimi vent'anni.”
CUPID-0 è stato l’esperimento che per primo ha utilizzato la tecnologia dei bolometri a scintillazione - rivelatori molto sensibili che operano a temperature prossime allo zero assoluto - nel campo della ricerca del doppio decadimento beta senza neutrini, gettando le basi per l’esperimento di nuova generazione CUPID.
Webpage: https://cupid-0.lngs.infn.it
---
Per info e contatti:
Laboratori Nazionali del Gran Sasso - Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
REIS - 07.12.2023