8. SNO - neutrini camaleonti

L’osservatorio neutrinico SNO (Sudbury Neutrino Observatory) é stato realizzato nella miniera Creighton d’INCO, grazie a una collaborazione scientifica internazionale (Canada, USA e Gran Bretagna). L’esperimento viene condotto al “riparo” dai raggi cosmici, filtrati da 2000 metri di roccia. Il rivelatore è rappresentato da un recipiente sferico di 12 metri riempito con 1000 tonnellate di D₂ O (acqua pesante). L’acqua pesante, la cui molecola contiene Deuterio (nucleo costituito da un protone e da un neutrone) al posto dell’idrogeno normale (nucleo costituito solo da un protone), è particolarmente sensibile al neutrino. Nell’acqua pesante, un neutrino può essere diffuso da un elettrone producendo un lampo di radiazione, o da un nucleo di deuterio, che viene scisso in un protone e un neutrone. Un neutrino può anche essere assorbito da un nucleo di deuterio, che si trasforma in due protoni e un Positrone , l’antiparticella dell’elettrone.

Reazione a corrente carica

νe + d → p + p + e-

Con ν_e= neutrino elettronico p = protone, e- = elettrone.

Il neutrino elettronico che colpisce il nucleo del deuterio provoca una interazione debole, mediata dal Bosone intermedio W, che trasforma il neutrone in protone. Il processo libera un elettrone che porta con sé la maggior parte dell’energia del neutrino incidente. L’elettrone si muove nell’acqua con velocità superiore a quella della luce nello stesso mezzo, per cui emette, decelerando, un lampo di luce Cherenkov . L’energia del neutrino incidente può essere calcolata misurando l’intensità della luce Cherenkov che arriva ai fotomoltiplicatori, i quali determinano anche la direzione di provenienza del neutrino.

Reazione a corrente neutra

nx + d → p + n + nx

Quando un neutrino, uno qualsiasi dei tre sapori, colpisce il nucleo di una molecola di acqua pesante ne determina la scissione in un protone e un neutrone. Il neutrone diffonde nell’acqua fino a che non viene catturato da un nucleo, emettendo raggi gamma che consentono di rivelare la reazione, in quanto questi provocano la diffusione di elettroni e l’effetto Cherenkov associato. In questa reazione, un ruolo importante è giocato dalla capacità di cattura dei neutroni da parte del deuterio e dalla cascata di raggi gamma prodotta dalla cattura del neutrone. Per rendere più efficace la reazione, a partire dal 2003 nella seconda fase dell’esperimento, all’acqua del rivelatore sarà aggiunto NaCl, in quanto il ³⁵Cloro assorbe meglio del deuterio il neutrone.

Diffusione dell'elettrone

e- + nx → e- + nx

L’incidenza di un neutrino (uno qualsiasi dei tre sapori, ma il neutrino elettronico prevale nettamente) provoca la diffusione di un elettrone. L’energia si ripartisce fra l’elettrone e il neutrino, per cui la reazione può essere convenientemente utilizzata soprattutto per determinare la direzione del neutrino.

Risultati

Il flusso di neutrini elettronici (ν_e) misurato dalle correnti cariche su nucleoni é stato (1,76 ± 0,11) x 10⁶ cm^-2 s^-1.

Il flusso di tutte e tre le specie di neutrino, invece, misurato dalle correnti neutre su nucleoni è stato (5,09 ± 0,64) x 10⁶ cm^-2 /s^-1.

Il flusso di (ν_e) previsto dal Modello solare standardè 5,05 x x 10⁶ cm^-2 /s^-1. Sembra evidente che i conti possano tornare. Se la misura dei neutrini elettronici risulta, in tutti gli esperimenti, significativamente inferiore alle aspettative teoriche è perché ben due terzi dei neutrini elettronici hanno oscillato e al rivelatore si presentano in uno degli altri due tipi, muonico e tauonico.