STUDIO SU PHYSICS REVIEW LETTERS

I neutrini danno “sapore” alle supernove

Secondo una nuova simulazione al computer, il tipo di neutrini presenti nell'alone attorno a una supernova determina quali elementi si formano al suo interno.

Non saranno più veloci della luce, ma i neutrini continuano a riservare parecchie sorprese ai fisici. Queste sfuggenti particelle, senza carica elettrica e di massa piccolissima, che interagiscono così poco con il resto della materia da viaggiare quasi indisturbate attraverso il cosmo, sono ampiamente studiate dagli astrofisici: molti esperimenti (come quelli in funzione presso i laboratori del Gran Sasso dell’INFN) misurano i neutrini provenienti dal Sole oppure quelli prodotti nelle esplosioni delle supernove. Proprio “giocando” con le simulazioni al computer che riproducono quanto avviene nelle supernove, lo studente di dottorato dell’Università della California a San Diego John Cherry ha scoperto che il tipo di neutrini prodotti durante l’esplosione di una stella può determinare quali elementi chimici si formano durante il collasso della stella stessa. E se pensiamo che molti degli elementi più pesanti nell’Universo possono formarsi solo durante questo tipo di eventi, capiamo l’importanza dello studio, che infatti è finito su una rivista di tutto rispetto come Physics Review Letters.

Ma andiamo con ordine. Uno dei modi in cui può formarsi una supernova è quello in cui una stella di grande massa esaurisce il suo combustibile, finché la gravità prende il sopravvento sull’energia prodotta dalla fusione e il nucleo della stella collassa. Durante il processo si può formare una densa stella di neutroni, che causa il “rimbalzo” verso l’esterno della materia che collassa verso il nucleo. É a questo punto che si produce un flusso di neutrini verso l’esterno. Una parte dei neutrini però, a causa della grande densità di materia che circonda il nucleo, subirà un processo fisico chiamato “scattering” che li tratterrà nei pressi della stella, a formare un alone di neutrini che a sua volta interagisce con i neutrini in uscita.

Bene, questa interazione era sempre stata considerata trascurabile nei modelli teorici sulle supernove. I calcoli di Cherry invece mostrano che il numero di interazioni tra neutrini dell’alone e neutrini del flusso deve essere maggiore del 14 per cento rispetto a quanto si pensasse. E questo, a sua volta, conferisce un particolare peso al “sapore” dei neutrini presenti nell’alone. Una delle particolarità di queste particelle, infatti, è che ne esistono tre tipi (o “flavors”, appunto “sapori”) con differenti proprietà (neutrino muonico, tau ed elettronico), che però non sono fissi: i neutrini “oscillano” tra i diversi tipi mentre viaggiano attraverso il cosmo. Nel caso della supernova, però, i cambi di flavor possono venire forzati dagli “scontri” tra neutrini dell’alone e neutrini in uscita. E se Cherry ha ragione, la composizione iniziale dei neutrini dell’alone può essere determinante per indirizzare la formazione di nuovi elementi nel nucleo della supernova. “I diversi tipi di neutrini possono trasformare i protoni in neutroni o viceversa” spiega Cherry. “Il tipo di materia che si produce, gli atomi e gli elementi creati in una supernova cambiano drammaticamente se cambia il tipo di neutrini presenti nell’alone”.