Nelle ultime settimane si è scatenato un certo giubilo: gli scienziati hanno osservato le onde gravitazionali, dopo anni di frustrazione e una memorabile “scoperta-scherzo” nel 2014. È un giubilo ben riposto, ma i risultati riscontrati in Cina da un altro laboratorio, che si occupa invece di raccogliere dati sulle rilevazioni dell’antineutrino, ci rammenta l’altra faccia della medaglia: quando si sbaglia.

I risultati in Cina indicano, in pratica, che la distribuzione del flusso e dell’energia degli antineutrino osservati non coincide con le nostre predizioni teoretiche. Può darsi che siano sbagliati i nostri modelli, o potrebbe trattarsi di una varietà di neutrino completamente nuova, finora sconosciuta. Ma i risultati, che sono stati trascritti questa settimana su Physical Review Letters, sono tutt’altro che negativi. Sono emozionanti. Sbagliare è emozionante.

I dati alla base dell’articolo sono stati raccolti da sei degli otto rilevatori che formano il Daya Bay Reactor Neutrino Experiment. Questi rilevatori cercano antineutrini che vengono prodotti con tutta probabilità nei vicini impianti nucleari di Daya Bay e di Ling Ao. Gli antineutrini costituiscono infatti una frazione sostanziale (circa il 4.5 percento) dell’energia totale rilasciata durante una reazione di fissione nucleare.

I risultati in Cina sono il prodotto di 217 giorni di raccolta dati. Le energie degli antineutrini sono state misurate con l’1 percento di incertezza, che, a detta dei fisici, è la misura dell’antineutrino più precisa mai ottenuta finora. I dati del gruppo del Daya Bay hanno rivelato un “picco” consistente nei livelli energetici di alcune particelle rilevate a circa 4-6 meV (megaelettronvolt).

Altri due esperimenti di rilevazione degli antineutrini, il Double Chooz in Francia e il RENO in Corea, hanno riscontrato eccessi nello stesso spettro energetico. Se da un lato questo picco è sicuramente interessante, la cosa veramente sconcertante è che l’eccesso totale nella fascia da 1 a 7 MeV rilevata nei tre esperimenti è più basso di quanto previsto circa del 6 percento. Sembrerebbe che manchi qualche particella, insomma.

I nuovi risultati mostrano una significatività statistica di 4-sigma. Non di 5-sigma, come vorrebbe una vera scoperta scientifica, ma ugualmente promettente. I primi rilevamenti erano di 3-sigma (Double Chooz) e di 3.5-sigma (RENO). Sembra che possa esserci qualcosa di interessante e inaspettato dietro l’angolo.

Per via di questa incompletezza, qualsiasi briciola di “nuova fisica” offre la speranza di mettere insieme un quadro del mondo subatomico più accurato.

È lecito chiedersi, tanto per cominciare: che cos’è un antineutrino? Queste versioni anti-particellari dei neutrini si producono naturalmente durante il processo di decadimento nucleare beta, per esempio quando un neutrone si scompone in elettrone, protone e antineutrino. Ecco perché la zona di caccia coincide con i reattori nucleari, dove si verificano decadimenti beta in continuazione, mentre gli avanzi delle reazioni di fissione cercano di trovare uno stato stabile in cui fermarsi. Misuriamo i prodotti delle fissioni da cinquant’anni ormai, ma solo nell’ultimo paio di anni i picchi anomali e l’insufficienza di antineutrini sono diventati evidenti.

Queste anomalie non sono tenute in considerazione nel Modello standard della fisica—la tabella di particelle fondamentali che è considerata incompleta, ma che continua a circolare perché torna ancora utile e perché in fondo non c’è niente di meglio. Per via di questa incompletezza, qualsiasi briciola di “nuova fisica” offre la speranza di mettere insieme un quadro del mondo subatomico più accurato.

La nuova fisica a cui i risultati del Daya Bay sembrano strizzare l’occhio, potrebbe addirittura includere una nuova versione del neutrino; una possibilità è il finora solo teorizzato neutrino “sterile.” Oppure, più probabilmente, dobbiamo solo approfondire ciò che sappiamo sul decadimento nucleare nei reattori o, anche, su come funzionano i rilevatori stessi, come suggerisce su Physics World Therry Lasserre dell’istituto di ricerca in fisica CEA Saclay, in Francia. Avere torto, in questo caso, significa che impareremo qualcosa di nuovo sull’universo. Presto o tardi.

“Al momento il Daya Bay fornisce i dati più precisi al mondo e questo è un risultato fantastico, ma non abbiamo ancora idea di cosa significhi esattamente,” dice. “Abbiamo bisogno di altri esperimenti dedicati alla ricerca dei neutrini sterili, e ce ne sono già diversi in cantiere. Potremmo arrivare a nuovi risultati nel giro dei prossimi tre anni.”

Una versione open-access dei risultati è disponibile sul server arXiv.