Milano, 24 set. (askanews) – Potrebbe essere un’approssimazione nei calcoli teorici, e non necessariamente l’esistenza di una nuova particella, a spiegare l’”anomalia del gallio”, il deficit di neutrini osservato da oltre trent’anni in diversi esperimenti. È l’ipotesi avanzata da uno studio condotto da ricercatori delle sezioni INFN di Cagliari e Torino e pubblicato il 24 settembre su Physical Review Letters. Per alcune descrizioni nucleari considerate fisicamente plausibili, il nuovo trattamento può ridurre di circa il 20% la probabilità prevista di cattura dei neutrini, avvicinando il calcolo ai valori osservati.

L’anomalia risale agli anni Novanta. Gli esperimenti GALLEX, ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN, e SAGE, al Baksan Neutrino Observatory in Russia, utilizzavano grandi quantità di gallio per studiare la cattura dei neutrini elettronici. Quando un neutrino viene catturato da un nucleo di gallio-71, un neutrone si trasforma in un protone e si forma germanio-71, insieme a un elettrone. Contando gli atomi di germanio prodotti, i fisici possono risalire al numero di neutrini catturati.

Le misure hanno però restituito sistematicamente un valore inferiore alle previsioni teoriche, con un deficit dell’ordine del 20%. La discrepanza è stata confermata anche dall’esperimento BEST, sempre al Baksan Neutrino Observatory, e ha raggiunto una significatività statistica superiore a cinque deviazioni standard. Tra le spiegazioni proposte nel corso degli anni c’è l’esistenza di un ipotetico quarto neutrino, detto “sterile”. Una sua eventuale scoperta aprirebbe uno scenario di nuova fisica oltre il Modello Standard. Lo studio dell’INFN propone invece di riesaminare il modo in cui viene calcolata la cattura dei neutrini da parte del gallio.

“Il nostro lavoro indica una possibilità differente: l’anomalia potrebbe non derivare da una nuova particella, ma da un’approssimazione incorporata nel calcolo teorico della sezione d’urto di cattura del neutrino”, spiega Matteo Cadeddu, ricercatore INFN e coordinatore dello studio. La sezione d’urto esprime la probabilità che avvenga l’interazione. Nel trattamento convenzionale, le funzioni d’onda del neutrino e dell’elettrone vengono considerate separatamente dalla struttura del nucleo e si assume che rimangano sostanzialmente costanti nel volume nucleare. L’approssimazione semplifica i conti, ma trascura le variazioni spaziali delle funzioni d’onda all’interno del nucleo.

Il nuovo lavoro tratta invece congiuntamente la componente leptonica, relativa al neutrino e all’elettrone, e quella nucleare. Entrano così nel calcolo anche le variazioni spaziali delle funzioni d’onda e le interferenze tra contributi provenienti da zone diverse del nucleo. In alcuni casi questi contributi possono cancellarsi parzialmente e modificare la previsione della cattura. “Il punto importante è che, quando non si separano la parte leptonica e quella nucleare del processo, la struttura spaziale della transizione nucleare può avere un effetto diretto sulla probabilità di cattura del neutrino”, osserva Nicola Cargioli, ricercatore INFN e coautore dello studio. “Per alcune descrizioni nucleari fisicamente plausibili, questo effetto può diventare sufficientemente grande da modificare in modo significativo la previsione teorica”.

Il risultato non chiude però la questione. Gli autori indicano un meccanismo capace di rendere compatibili teoria e osservazioni, ma la sua effettiva capacità di spiegare l’anomalia dovrà essere verificata con calcoli più dettagliati della struttura dei nuclei coinvolti. “Il risultato non dimostra ancora definitivamente che l’anomalia del gallio sia dovuta a un’approssimazione”, sottolinea Luca Ferro, dottorando all’Università degli Studi di Cagliari e ricercatore INFN, coautore dello studio. “Il passo successivo sarà quello di verificare questa possibilità attraverso calcoli microscopici di struttura nucleare, che permettano di determinare con maggiore precisione come avviene la transizione di neutrini ed elettroni nei nuclei di gallio e germanio”.

“Se questa interpretazione fosse confermata, le conseguenze andrebbero ben oltre la spiegazione dell’anomalia del gallio”, conclude Cadeddu, rimarcando che “lo stesso tipo di effetto potrebbe infatti essere rilevante anche in altri processi nucleari deboli, dalla cattura elettronica al decadimento beta fino alle interazioni neutrino-nucleo, aprendo la possibilità di osservare effetti finora trascurati”.

Immagine: APS-Alan Stonebraker