Il premio Nobel per la Fisica – 2015
L’insostenibile leggerezza dell’essere....un neutrino
I camaleonti dello spazio
Catalina Curceanu, LNF-INFN
IdF 2015
Una parte importante del futuro della fisica delle
particelle è lo studio dei neutrini. Il Modello standard,
com'è stato originariamente formulato, suggeriva che i
neutrini non hanno massa. In realtà ce l'hanno solo che
non sappiamo perché. Non ancora.
Peter Higgs (Nobel per la Fisica 2013)
Press Release
6 October 2015
The Royal Swedish Academy of Sciences has decided to
award the Nobel Prize in Physics for 2015 to
Takaaki Kajita
Super-Kamiokande Collaboration
University of Tokyo, Kashiwa, Japan
and
Arthur B. McDonald
Sudbury Neutrino Observatory Collaboration
Queen’s University, Kingston, Canada
“for the discovery of neutrino oscillations, which shows
that neutrinos have mass”
Per la scoperta delle oscillazioni dei neutrini che
dimostrano che i neutrini hanno massa
Arthur McDonald of Queen’s University (29 agosto 1943)
Takaaki Kajita of the University of Tokyo (9 marzo 1959)
Photograph: Queens University/Kyodo News via AP
The Nobel Prize in Physics 2015 recognises Takaaki Kajita
in Japan and Arthur B. McDonald in Canada, for their key
contributions to the experiments which demonstrated that
neutrinos change identities. This metamorphosis requires
that neutrinos have mass. The discovery has changed our
understanding of the innermost workings of matter and can
prove crucial to our view of the universe
Il Premio Nobel per la Fisica 2015 e’ stato assegnato a
Takaaki Kajita in Giappone e Arthur B. McDonald in
Canada, per il loro contributo chiave per gli esperimenti
che hanno dimostrato che i neutrini cambiano identità .
Questa metamorfosi richiede che i neutrini hanno massa .
La scoperta ha cambiato la nostra comprensione del
funzionamento intimo della materia e può rivelarsi
fondamentale per la nostra comprensione dell’Universo
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2015/popular-physicsprize2015.pdf
Modello Standard
Leptoni
Quarks
Fermioni
Bosoni
u c t g
d s b g
up
down
charm
top
strange bottom
gluone
fotone
ne nm nt W
e-neutrino m-neutrino t-neutrino
e m t
elettrone
muone
tau
bosone
Z
bosone
Bosone
di Higgs
8
b decay
Non-conservazione di
energia????
9
December 4, 1930
b decay
Dear radioactive ladies and gentlemen,
...I have hit upon a ‘desperate remedy’ to
save...the law of conservation of energy.
Namely the possibility that there exists in the
nuclei electrically neutral particles, that I call
neutrons...I agree that my remedy could seem
incredible...but only the one who dare can
win...
Unfortunately I cannot appear in person, since I
am indispensable at a ball here in Zurich.
Your humble servant
W. Pauli
10
Neutrino Facts
Neutrino
from Enrico
Fermi
for “Little
neutral one”
n flux on Earth
from Sun
6.5×1014/(m2 s)
<E> ~ 0.3 MeV
Neutrino from
sun will pass
through LY of
solid lead, with
50% chance of
interacting
Average number
of solar neutrinos
interacting in a
person per year
 1 with ‘real
energy’
11
Sun:
p + p  d + e+ + ne
8B  8Be + e+ + n
e
2×1038 s-1
Uranium & Thorium
from Earth crust
~ 5×1010 s-1 m-2
Sorgenti di neutrino
Cosmic Rays
~100 m-2 s-1
Nuclear power reactors
~1020 s-1
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13
Neutrinos produced
in atmosphere
e+
p
0
g
+
em+
nm
Crisis lasted about... 20 anni!
18
Neutrino Oscillations
GranSasso
19
Neutrinos oscillations
u
up
d
down
ne
e-neutrino
e
elettrone
c
s
t
g
gluone
g
charm
top
strange
bottom
b
fotone
m-neutrino
t-neutrino
bosone
nm
m
muone
nt
t
tau
W
Z
bosone
Milioni di neutrini al
secondo attraverso un
granello di sabbia 20
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Bruno Pontecorvo
1957
Oscillazione dei neutrini
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Test site and final location:
Laboratori Nazionali del Gran Sasso,
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
LNGS
Laboratori sotterranei
Evento raro
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LNGS - OPERA
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Cern Neutrinos to Gran Sasso (CNGS)
29
30
OPERA experiment
OPERA ha scelto il canale più diretto e pulito per dimostrare
l'oscillazione nm ⇒ nt
il prezzo da pagare:
n oscillation  masse enormi
AND
t decay  risoluzioni al mm
Lead – nuclear emulsion sandwich
1 mm
t
n
Pb
Emulsion layers
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Giugno 2015, Le Scienze
Secondo quanto annunciato ieri a seguito dell'analisi dei dati
raccolti tra il 2008 e il 2012, l'esperimento OPERA, che
coinvolge 140 fisici da 26 Istituti di ricerca in 11 paesi, ha
rivelato ben cinque neutrini di tipo tau, frutto
dell'oscillazione dei neutrini di tipo mu prodotti presso il
centro ricerche di Ginevra e arrivati ai Laboratori nazionali
del Gran Sasso dell'INFN dopo aver percorso 730 chilometri
nel sottosuolo. Considerato che il rumore di fondo è
estremamente contenuto, cinque eventi sono stati sufficienti
a raggiungere la fatidica soglia di 5 sigma nella significatività
statistica che consente di annunciare una scoperta.
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BOREXINO at LNGS – neutrini dal Sole e
geoneutrini
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BOREXINO at LNGS
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Futuro:
- Massa dei neutrini!
- Astronomia con neutrini (supernovae…)
- Materia oscura – quale parte e’ dovuta ai neutrini?
- GeoNeutrini – conoscere la nostra Terra; energia nucleare
(Th/U)
- Neutrini in future technologies: comunicazione, scoprire
testate nucleari ….
- CAPIRE l’UNIVERSO