Il neutrino 70 anni dopo: Dirac o Majorana? Angelo Cunsolo Dipartimento di Fisica e Astronomia Università di Catania INFN-LNS Catania CONFERENZA IN COMMEMORAZIONE DEL CENTENARIO DALLA NASCITA DI ETTORE MAJORANA 27 novembre 2006 Riposto Programma Nozioni fondamentali : atomi, nuclei e isotopi Nuclei instabili : decadimenti radioattivi Un po’ di storia : nascita del neutrino Nascita delle antiparticelle Neutrini : Majorana o Dirac ? Come si rivelano i neutrini ? Doppio decadimento beta senza neutrini Conclusioni E.Majorana 2006 Atomi, nuclei e isotopi Isotopi : nuclei con numero di protoni Z uguale, ma differente numero di neutroni N E.Majorana 2006 Nuclei instabili per decadimenti radioattivi β Il nucleo è instabile per decadimento beta se non ha una “buona” proporzione tra Z e N : e decade trasformando un protone (un neutrone) in un neutrone (un protone) E.Majorana 2006 E.Majorana 2006 Decadimento - (emissione di elettroni veloci da nuclei radioattivi) X(A, Z) → Y(A, Z+1) + eCaratteristica: elettroni emessi con distribuzione di energia cinetica continua da zero ad un valore massimo Wolfgang Pauli ipotizza l’emissione contemporanea di una particella neutra X(A, Z) → Y(A, Z+1) + e- + ν Enrico Fermi la battezza “neutrino” e formula una prima teoria soddisfacente E.Majorana 2006 Decadimento - E.Majorana 2006 neutrone decade beta due neutroni decadono beta E.Majorana 2006 Doppio decadimento , predetto da Maria Goeppert-Mayer (1935)- E.Majorana 2006 Nascita delle antiparticelle E.Majorana 2006 E.Majorana 2006 E.Majorana 2006 Scoperta del positrone 1932-33. Anderson e indipendentemente Blackett e Occhialini scoprono nei raggi cosmici particelle positive e con massa uguale agli elettroni ( positroni). Trionfo per la teoria di Dirac! E.Majorana 2006 E.Majorana 2006 E.Majorana 2006 E.Majorana 2006 È possibile che la natura abbia scelto una delle 2 possibilità: Majorana: neutrino che è anche antineutrino Dirac: neutrino ed antineutrino sono particelle diverse Come si può verificare sperimentalmente ? Come si rivelano i neutrini ? E.Majorana 2006 Processo inverso Per esempio: Cl e- + A37 Il neutrino viene assorbito e viene emesso un elettrone che viene rivelato. MA : processo rarissimo perché i neutrini interagiscono molto, ma molto debolmente Rivelatori molto grandi e posti in zona molto silenziosa E.Majorana 2006 E.Majorana 2006 E.Majorana 2006 Neutrini solari Il sole emette 1038 al secondo. 1029 vanno in direzione della Terra. Per un rivelatore di 100 ton - 40 colpi al mese Homestake Cl e + A37 400 ton C2Cl4 Mikheyev-Smirnov-Wolfenstein Kamiokande Super - Kamiokande Kamiokande +n e+p 50,000ton/ acqua pesante E.Majorana 2006 Sorpresa : I neutrini oscillano! 1. I neutrini appartengono a tre famiglie ( elettrone, muone e tau) e “Oscillano” tra questi stati stazionari . 2. La massa non deve essere nulla ! 3. In favore di Majorana , ma non è ancora la prova definitiva . E.Majorana 2006 1939. Wolfgang Furry propose come test fondamentale di provare sperimentalmente l’esistenza del Doppio decadimento - senza emissione di neutrini E.Majorana 2006 E.Majorana 2006 E.Majorana 2006 E.Majorana 2006 Esperimenti in corso…… Primi risultati incoraggianti per Ettore , ma è necessario aspettare la fine degli esperimenti ! E.Majorana 2006 Conclusioni • Majorana anticipò incredibilmente i tempi dimostrando che ci sono forme di materia che sono anche antimateria. Non ne abbiamo ancora sperimentalmente scoperte, ma : •Tali potrebbero essere i neutrini •Tale potrebbe essere la gran parte della materia dell’Universo E.Majorana 2006 Infine Possiamo capire il mondo, se ci proviamo (Talete). La parte che capiamo è affascinate. Più è quello che capiamo, più è quanto sappiamo di non capire. E.Majorana 2006
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