Serendipità e radioattività: la casualità della scoperta.

In questo post volevo affrontare il tema della radioattività e alcune recenti novità sul tema seguendo il filo conduttore della scoperta da parte di uno sperimentatore di un fenomeno inatteso. Molte scoperte della fisica passate alla storia sono risultate del tutto inattese, arrivate quasi casualmente quando magari si cercavano altri fenomeni. E la casualità, in tutte le sue sfumature di significato, è proprio l’altra parole chiave di questo post, quella casualità che ora si suppone governi alcuni fenomeni del mondo subatomico e che agli inizi del 1900 sconvolse i fisici di allora, per lo più positivisti e deterministi, che credevano che l’universo fosse come un grande orologio in cui tutto è determinato e prevedibile. Questo sconvolgimento portò niente di meno che alla nascita della Meccanica Quantistica e al ribaltamento della visione deterministica. Nella Meccanica Quantistica troviamo infatti un mondo fatto di probabilità, una probabilità che è intrinseca ai sistemi fisici e non è dettata dalla loro complessità. I concetti statistici, infatti, erano già stati utilizzati dai fisici dell’800 per trattare i sistemi con molte particelle, come i gas, ma in questo caso l’approccio statistico è un modo per ovviare all’impossibilità non intrinseca di trattare con equazioni deterministiche la spaventosa quantità di particelle contenute in un gas, preferendo quindi trattare il sistema dal punto di vista di grandezze macroscopiche, quali pressione e temperatura, che comunque sono legate al comportamento microscopico delle particelle. In Meccanica Quantistica invece l’incertezza associata ad una misura diventa un principio della natura vero e proprio, chiamato principio di indeterminazione di Heisenberg, e il rapporto osservatore e osservabile acquisisce un significato completamente nuovo.

Ma addentriamoci nella scoperta di uno dei fenomeni che ha indotto questo cambiamento repentino della visione della maggior parte dei fisici, grazie ad una sua caratteristica inusuale: la spontaneità. Stiamo parlando della radioattività. La scoperta della radioattività da parte di Henri Becquerel offre una testimonianza eloquente della serendipità. Ma partiamo dagli albori: il giorno di capodanno del 1896, un fisico tedesco di nome Wilhelm Conrad Röntgen spedì a colleghi di tutta Europa i dettagli di un’osservazione sbalorditiva. A dimostrazione di quanto affermava, Röntgen accludeva una fotografia di una mano, o meglio una misteriosa immagine delle ossa della sua mano, con la carne visibile come un debole alone e l’inequivocabile ombra della fede nuziale sospesa in orbita attorno allo scheletro anulare. 

Hand mit Ringen (mano con anello): una stampa di uno dei primi raggi X ad opera di Wilhelm Röntgen (1845-1923) della mano sinistra della moglie Anna Bertha Ludwig. E’ stata consegnata al professor Ludwig Zehnder del Physik Institut, Università di Friburgo, il 1° gennaio 1896. Fonte: (National Aeronautics and Space Administration).

La scoperta di Röntgen era stata puramente casuale. Nel suo laboratorio, il fisico aveva notato uno strano bagliore su uno schermo fluorescente posto vicino a un tubo a scarica. Investigando ulteriormente, aveva visto comparire l’ombra di un osso quando aveva messo la mano tra il tubo e lo schermo. Si trattava della scoperta dei raggi X, un tipo di radiazione elettromagnetica di lunghezza d’onda inferiore alla luce visibile. Quando venne a conoscenza della scoperta dei raggi X, Antoine Henri Becquerel, figlio e nipote di eminenti fisici parigini, si domandò se questa curiosa nuova emanazione avesse qualcosa a che fare con la fluorescenza che ben conosceva. I suoi primi esperimenti sembravano confermare questo sospetto. Esaminò una gran varietà di minerali compreso il solfato doppio di uranile e di potassio, li pose su lastre fotografiche avvolte in carta nera molto spessa e piazzò i campioni alla luce diretta del sole per attivare la fluorescenza. Sviluppando le lastre qualche ora dopo, scoprì che quella ricoperta dal minerale contenente uranio era stata debolmente annerita da qualche emanazione che si era diffusa al di là della carta opaca. Il minerale attivato dalla luce del sole, ne dedusse, emanava raggi X. Ma il caso volle che in quel periodo il cielo di Parigi diventasse grigio e nuvoloso. Per giorni e giorni non si vide il sole. Becquerel mise da parte in un cassetto le lastre dei suoi esperimenti. A un certo punto, ne tirò fuori una dal cassetto e la sviluppò. Con suo grande stupore, scoprì che anche quella lastra presentava alcune macchie scure. Anche se il minerale di uranio non era mai stato esposto al sole, aveva emesso un tipo di radiazione che aveva attraversato lo spesso strato di carta e aveva provocato una reazione nelle sostanze chimiche sensibili. Non si trattava nè di raggi X nè di fluorescenza ordinaria: era qualcosa di nuovo e strano, intrinseco al materiale stesso che Becquerel chiamò Les rayons uraniques. La scoperta sul momento non attirò molto l’attenzione. Fu solo alla fine dell’anno seguente che les rayons uraniques attrassero l’attenzione di una giovane scienziata Maria Sklodowska, meglio nota come Marie Curie. Non essendo influenzata dalla convinzione di Becquerel che l’uranio fosse l’ingrediente principale, Marie Curie esaminò sistematicamente tutti i tipi di minerali. Insieme al marito, Pierre Curie, un fisico che aveva otto anni in più di lei, riuscirono ad individuare altri minerali che emettevano queste radiazioni, tra cui la pechblenda, dalla quale riuscirono ad estrarre il bismuto (un materiale non attivo) e un altro materiale attivo che battezzarono polonio in onore della madre patria di Marie. I Curie estrassero poi dai composti del bario un altro elemento attivo che chiamarono radio, e coniarono anche un nome per il fenomeno, scoperto da Becquerel e che loro avevano approfondito, radioattività per l’appunto. Ma cosa erano queste emanazioni radioattive e come venivano prodotte? I coniugi Curie non azzardarono una spiegazione precisa, tuttavia avevano capito alcune cose : “la radioattività è una proprietà atomica” e “la spontaneità delle radiazioni è un enigma, un argomento che suscita profondo stupore”. 

La spontaneità, era questo il fattore inusuale e cruciale e dichiaratamente imbarazzane per gli scienziati dell’ottocento. Nell’agosto del 1900 si tenne a Parigi un Congresso internazionale di fisica, al quale Pierre e Marie Curie presentarono un rapporto su Les nouvelles substances radioctives et les radyons qu’elles émettent. Qui sottolinearono: 

La spontaneità della radiazione è un enigma, una causa di profondo stupore. Qual'è la fonte di energia dei raggi di Becquerel? Occorre cercarla nei corpi radioattivi stessi, o piuttosto all’esterno di essi? Se qualche frammento di minerale di uranio emette raggi invisibili dove sta l’azione di causa ed effetto? Dove va a finire l’idea che se qualcosa accade accade per una ragione, perché un evento precedente lo fa accadere? 

La radioattività nel 1900 non aveva una causa e quindi non era scientificamente giustificata. L’uomo che contribui a risolvere la confusione fu un fisico neozelandese di nome Ernest Rutherford, che lavorando spedito nel 1989 arrivò a dimostrare che esistevano almeno due tipi di emanazione radioattive: alcune si potevano fermare con un cartone spesso, mentre altre avevano capacità di penetrazione molto maggiore. Chiamò questi due tipi di radioattività alfa e beta. La proposta di Rutherford fu che la radioattività fosse dovuta alla disintegrazione spontanea degli atomi stessi. Ogni elemento radioattivo aveva un velocità di decadimento che poteva essere espressa in funzione di un parametro che prese il nome di emivita o tempo di dimezzamento. Questo ci dice dopo quanto tempo saranno decaduti un numero di atomi pari alla metà del totale: partendo ad esempio da un grammo di un elemento conosciuto all’epoca come torio X e aspettando circa 11 minuti si rimarrebbe con mezzo grammo, dopo altri 11 minuti con un quarto poi un ottavo e cosi via. È un decadimento cosiddetto esponenziale, quindi segue una legge matematica semplice. Il numero di decadimenti che ci si aspetta avvenga in un intervallo di tempo dt è proporzionale al numero N di atomi presenti. Questa legge può essere descritta tramite l' equazione differenziale del primo ordine (in cui λ è la costante di decadimento):\[\dot{N}=-\lambda N\] con questa soluzione (in cui e è il numero di Eulero)\[N\left(t\right)=N_{0}\textrm{e}^{-\lambda t}\]che rappresenta per l'appunto un decadimento esponenziale. Bisogna notare che questa rappresenta solamente una soluzione approssimata, in primo luogo perché rappresenta una funzione continua, mentre l'evento fisico reale assume valori discreti, poiché descrive un processo casuale, solo statisticamente vero. Comunque, poiché nella gran parte dei casi N è estremamente grande, la funzione fornisce un'ottima approssimazione. Oltre alla costante di decadimento λ il decadimento radioattivo è caratterizzato da un'altra costante chiamata vita media. Ogni atomo vive per un tempo preciso prima di decadere e la vita media rappresenta appunto la media aritmetica sui tempi di vita di tutti gli atomi della stessa specie. La vita media viene rappresentata dal simbolo τ, legato a λ dalla relazione τ=1/ λ. Il tempo di dimezzamento è invece legato alla vita media dalla relazione: \[t_{1/2}=\frac{\ln2.}{\lambda}\] Cerchiamo però di rispondere alla seguente domanda: se ho un campione con un certo numero totale di atomi dato e metà decadono in 11 minuti, come si fa a dire quali atomi decadono e quali non decadono? Pensandoci bene si trova che il momento esatto in cui un atomo instabile decadrà in uno più stabile è del tutto casuale e impredicibile. Questo stato di confusione e questo approccio statistico della fisica furono i precursori della Meccanica Quantistica (MQ), che si distingue in maniera radicale dalla Meccanica Classica in quanto si limita ad esprimere la probabilità di ottenere un dato risultato durante una misurazione, secondo l'interpretazione di Copenaghen, rinunciando così al determinismo assoluto proprio della fisica precedente. Questa condizione di incertezza o indeterminazione non è dovuta a una conoscenza incompleta, da parte dello sperimentatore, dello stato in cui si trova il sistema fisico osservato, ma è da considerarsi una caratteristica intrinseca, quindi ultima e ineliminabile, del sistema e del mondo subatomico in generale. Questo ha dato vita alla diatriba sulle interpretazioni della Meccanica Quantistica e agli esperimenti mentali per mostrare che quest'ultima conduce a dei risultati bizzarri, tra i quali uno dei più famosi è quello del gatto di Schroedinger ideato per l'appunto da Erwin Schroedinger, che fu uno dei padri della MQ che non accettò mai appieno le conclusioni della teoria. L’esperimento cita così: 

«Si possono anche costruire casi del tutto burleschi. Si rinchiuda un gatto in una scatola d’acciaio insieme alla seguente macchina infernale (che occorre proteggere dalla possibilità d’essere afferrata direttamente dal gatto): in un contatore Geiger si trova una minuscola porzione di sostanza radioattiva, così poca che nel corso di un’ora forse uno dei suoi atomi si disintegrerà, ma anche, in modo parimenti probabile, nessuno; se l'evento si verifica il contatore lo segnala e aziona un relais di un martelletto che rompe una fiala con del cianuro. Dopo avere lasciato indisturbato questo intero sistema per un’ora, si direbbe che il gatto è ancora vivo se nel frattempo nessun atomo si fosse disintegrato, mentre la prima disintegrazione atomica lo avrebbe avvelenato. La funzione Ψ dell’intero sistema porta ad affermare che in essa il gatto vivo e il gatto morto non sono stati puri, ma miscelati con uguale peso.» (Erwin Schroedinger)

Disegno scherzoso dell'esperimento mentale del gatto di Schroedinger. Secondo l'interpretazione standard della MQ prima della osservazione il gatto si trova in una sovrapposizione di stati vivo e morto. Solo dopo l'osservazione il gatto "collasserà" in uno stato definito o vivo o morto. 

Dopo un certo periodo di tempo il gatto ha la stessa probabilità di essere morto quanto l'atomo di essere decaduto. Visto che fino al momento dell'osservazione l'atomo esiste nei due stati sovrapposti, anche il gatto resta sia vivo che morto fino a quando non si apre la scatola, ossia non si compie un'osservazione. Il carattere puramente probabilistico del processo di decadimento (dove la descrizione probabilistica non è legata all’ignoranza di leggi fisiche più complicate, ma è una proprietà intrinseca dei sistemi microscopici descritti dalla meccanica quantistica) insieme al ruolo che lo sperimentatore assume nell’atto di misurazione, che secondo l’interpretazione di Copenaghen causa appunto il collasso della funzione d’onda, conduce a questo tipo di paradossi che tutt’ora vengono discussi all’interno dei fondamenti della meccanica quantistica. 

L'interpretazione di Copenaghen fu attaccata da Albert Einstein, il quale non credeva nella natura intrinsecamente probabilistica dei processi fisici, anche su scala atomica. Egli pensava alla natura come un sistema perfettamente ordinato di leggi naturali semplici e deterministiche, credendo nella esistenza delle cosiddette variabili nascoste. Per spiegare in maniera semplice di cosa si tratti possiamo pensare al caso del lancio di una monetina, tutti sappiamo che il fatto che esca testa o croce è casuale, ma è relativamente casuale o è semplicemente così complicato che sembra causale? La risposta è semplice: non è davvero casuale in quanto se in linea di principio riuscissimo a prevedere la forza impressa durante il lancio, l’angolo con il quale viene lanciata, la complicatissima interazione della moneta con l’aria che ne causa un rallentamento dovuto all’attrito, se fossimo in grado poi di prevedere la posizione della mano nell’atto dell’atterraggio allora con le precise leggi della meccanica classica saremo in grado di prevedere esattamente l’esito del lancio della moneta. Tuttavia la cosa è così complicata che di fatto l’evento viene definito casuale. Inoltre il fattore umano è cruciale, noi noi siamo in grado di dosare la forza con precisione infinitesima e non controlliamo molti movimenti per cui le cose si fanno molto più complicate. Non escludo però che se si sostituisse l’uomo con un braccio meccanico programmabile allora saremmo in grado di prevedere l’esito quasi esattamente. 

Le complicate evoluzioni di una monetina in caduta. L'esito finale dipende da ogni singolo movimento e inclinazione che derivano da fattori in linea di principio calcolabili con le leggi della fisica classica e deterministica, tuttavia la loro complessità fa si che l'esito non sia prevedibile con esattezza e perciò lo definiamo erroneamente casuale.

Quello che si impara da questo semplice esempio è allora che un evento che sembra casuale in realtà può non esserlo, e questo è dettato solamente dalla nostra ignoranza delle leggi intime che governano quell’evento. Questo era esattamente il pensiero di Einstein e a riguardo delle leggi del decadimento stesso, ad esempio, egli pensava che se il nucleo decade in un certo istante e noi non possiamo prevederlo non è perché il processo è intrinsecamente casuale ma semplicemente perché non conosciamo con precisione tutte le leggi fisiche e le interazioni che questo può avere (variabili nascoste) e che lo conducono a decadere proprio in quel determinato istante. Uno sperimentatore che non conoscesse tutte queste leggi nascoste concluderebbe che esso è un fenomeno davvero casuale e imprevedibile (o per lo meno riconducibile solo ad una descrizione probabilistica), come un lanciatore della moneta che non conoscesse per esempio che l’aria modifica in maniera complicata il moto della moneta rendendolo così imprevedibile. Il dibattito tra Bohr e Einstein, che si scatenò a riguardo, venne suggellato dalla famosa frase di Albert:”Dio non gioca ai dadi”, intendendo che la natura non può essere intrinsecamente indeterministica, ma deve avere delle leggi ben precise che la governano. 

Tuttavia il dibattito fu “vinto” da Bohr nel senso che lo sviluppo della Meccanica Quantistica è andato nel verso dell’interpretazione di Copenaghen che è anche quella attualmente insegnata nei corsi di fisica in tutto il mondo (tuttavia il dibattito è ancora aperto, per fortuna!). 

Ma ritorniamo al decadimento radioattivo come processo puramente casuale. Quello che è stato concluso da Rutherford, insieme a James Chadwick e Charles Ellis nel loro articolo “Radiations from Radioactive Substances”, è, come già detto, che una sostanza radioattiva segue un decadimento esponenziale costante, e che, fatto ancora più importante, questo fenomeno non dipende da altri fattori. Tale fatto è stato considerato una sorta di dogma dal 1930 e si può riassumere nella seguente frase di Rutherford e collaboratori: "il tasso di trasformazione ... è una costante in tutte le condizioni." 

Tuttavia questa certezza della fisica sembra ora essere messa in discussione da un gruppo di fisici negli Stati Uniti. Ephraim Fischbach e Jere Jenkins della Purdue University in Indiana, affermano che alcuni tassi di decadimento non sono più così "costanti", ma presentano una modulazione che pare essere correlata sia alla distanza variabile Terra-Sole, sia all’attività solare stessa. Si tratta di affermazioni che stanno attirando le reazioni contrastanti di altri fisici della comunità internazionale, anche perché se venisse confermato questo fenomeno implicherebbe una revisione dei concetti legati al decadimento radioattivo e forse alla revisione della stessa interpretazione della Meccanica Quantistica. La scoperta è avvenuta appunto per caso, ennesimo esempio di serendipità. Infatti i fisici della Purdue University erano interessati ai tassi di decadimento di una serie di sostanze proprio per sviluppare dei modelli in grado di generare numeri casuali, guidati dalla ipotesi (o forse dal pregiudizio) che il decadimento radioattivo sia un processo del tutto casuale. Fischbach e Jenkins però si resero subito conto che nei loro grafici era presente una variazione stagionale e in generale legata all’attività solare. Studiando per esempio il decadimento del manganese esso sembrava seguire la usuale legge esponenziale, tuttavia erano presenti anche delle piccole differenze che non si riusciva a spiegare. Il 13 dicembre Jenkins sentì per caso su FoX News che in quel giorno vi era stata una insolita tempesta solare, confrontò i dati del tasso del decadimento e notò che vi era una certa correlazione tra la diminuzione del tasso del decadimento e le tempesta solari stesse. Questo ha portato il team a studiare queste correlazioni e uno dei risultati ottenuto è il grafico mostrato sotto.

La linea rossa mostra l’attività dei brillamenti solari. In corrispondenza dei picchi dovuti ai brillamenti è evidenziata una diminuzione del tasso di decadimento del Manganese-54, rappresentato dai punti in blu, rispetto a quello atteso, rappresentato da una retta verde (in un grafico in scala logaritmica questo significa che l’andamento del decadimento è esponenziale).  

Fischbach e Jenkins iniziarono quindi a cercare sistematicamente le fluttuazioni nei decadimenti nucleari dal 2006, quando si imbatterono nei risultati di un esperimento condotto presso il Brookhaven National Laboratory (BNL) a New York, tra il 1982 e il 1986. Il gruppo del BNL aveva scoperto che in quel periodo la costante di decadimento del silicio-32 risultava modulata, intorno al suo valore nominale di circa 172 anni, con una fluttuazione dell'ordine dello 0,1%. Per di più, la modulazione sembrava essere quasi in fase con la variazione della distanza della Terra dal Sole. I ricercatori della Purdue hanno presentato un documento sulle correlazioni tra le variazione dei tassi di decadimento e i brillamenti solari su Physical Review Letters, ma è stato respinto perché non vi era un chiaro meccanismo responsabile della variazione (qui il preprint su arXiv). Imperterriti, hanno iniziato a cercare nella letteratura esperimenti in cui ci fosse evidenza che i tassi di decadimento fossero fluttuanti, trovando un altro esempio di un esperimento durato 15 anni, svolto presso il Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Germania. Come per l'esperimento BNL, l'esperimento PTB ha mostrato una modulazione annuale della costante di decadimento, dell’isotopo radio-226. Naturalmente quando si presentano dei dati così rivoluzionari l’atteggiamento della comunità scientifica è quello di una prudenza diffusa, d'altra parte siamo freschi dalla vicenda dei neutrini superluminali dal CERN al GranSasso, che si è scoperta essere condizionata da un problema alla fibra ottica, quindi non stupisce il fatto che i primi suggerimenti apportati a Fischbach e Jenkins fossero della serie “servono più controlli sui possibili errori sistematici”. Tuttavia Fischbach e Jenkins, successivamente, effettuarono ulteriori controlli escludendo la correlazione della fluttuazione con altri fattori ambientali. Anche se le correlazioni tra i tassi di decadimento, i brillamenti solari e la distanza Terra-Sole sembrano essere più di una una coincidenza, sollevano la questione di quale meccanismo fisico possa influenzare il tasso di decadimento. In un documento più recente, presentato al Physical Review Letters (preprint su arXiv), i ricercatori della Purdue suggeriscono che i nuclei radioattivi sono in qualche modo influenzati dal flusso dei neutrini solari. E la correlazione è stata messa alla prova in questo fit, dove l’andamento sinusoidale del tasso di decadimento è confrontato con la variazione del flusso dei neutrini (sinusoide in rosso nel grafico sotto) con la distanza Terra-Sole, (che va come 1/R^2). La correlazione, come mostrata in questo grafico, è notevole. 

Correlazione tra la variazione del tasso di decadimento (punti sperimentali in blu) e la variazione prevista del flusso di neutrini (linea rossa).

Il problema di questa interpretazione è tuttavia che i neutrini sono sensibili solo all’interazione debole, che governa il decadimento beta. Anche se il silicio dell'esperimento BNL subisce un decadimento beta, il radio, nell’esperimento PTB subisce un decadimento alfa, un processo che invece è governato dall’interazione forte. Tuttavia, Fischbach e Jenkins pensano che la modulazione riscontrata nel radio sia comunque dovuta ai neutrini, perché molti dei suoi prodotti di decadimento, come il piombo-214 e il bismuto-214 di fatto decadono beta e sono quindi sensibili alla forza debole. 

Quali sono quindi le possibili spiegazioni? 

Gli autori si sono sbizzarriti parecchio sulle possibili cause e hanno proposto le seguenti soluzioni: 

- Il sole può influenzare i decadimenti nucleari attraverso forze a lungo range (sconosciute, c’è chi si appella ad una cosiddetta quinta forza) o attraverso particelle quali neutrini, assioni, o particelle non-standard che interagiscano direttamente con i nuclei. 

- Se l’effetto deriva da una forza a lungo range allora questo nuovo campo deve avere un range di circa 1 a.u. (un unità astronomica corrisponde alla distanza Terra-Sole, che è di circa 150 milioni di km). 

- Se il sole influenza il decadimento radioattivo attraverso l’emissione di particelle, allora queste devono influenzare il decadimento radioattivo attraverso campi a corto range (interazione diretta).

Variazione della distanza Terra-Sole durante un anno, dovuto alla leggera eccentricità dell'orbita terrestre.

Qualunque sia la vera spiegazione di questo strano fenomeno, se esso fosse davvero indotto da una interazione dei nuclei con qualsiasi altra particella, sia essa un neutrino, una particella esotica o un altro tipo di interazione, questo metterebbe parzialmente in discussione il fatto che i processi microscopici avvengono per caso. Se infatti anche questi processi che consideriamo spontanei in realtà sono indotti da dei meccanismi precisi, allora il fatto che essi sembrino casuali deve essere ricondotto, come nel caso del lancio di una monetina, semplicemente al fatto che i processi soggiacenti sono troppo complicati (nella migliore delle ipotesi) o in generale ancora sconosciuti. Questo riaprirebbe la questione delle variabili nascoste. Restiamo in attesa di novità in merito :)

Una personale speculazione a riguardo.

Su una possibile spiegazione, che non implichi, come suggeriscono gli autori dello studio una interazione diretta tra neutrini e nuclei, personalmente io sarei più tentato ad ipotizzare che la causa della variazione del tasso di decadimento sia dovuto ad una sorta di “interazione indiretta”, cioè una diminuzione dello spazio delle fasi disponibile al decadimento. Per esempio prendiamo il caso del Manganese-54 che decade sia β- che β+. Se consideriamo il dacadimento β+ (54Mn->54Cr+ positrone + neutrino) nel quale appunto un protone

\[p\rightarrow n+e^{+}+\nu_{e}\]

si trasforma in un neutrone, un positrone e un neutrino elettronico. Se supponiamo che gli stati accessibili al neutrino siano già riempiti a causa del principio di esclusione di Pauli, questi stati impediranno che il decadimento possa avvenire. Il riempimento dei questi stati dipenderà dalla densità numerica di neutrini, quindi quando il sole si trova ad una minore distanza dalla Terra la densità dei neutrini aumenterà (ricordiamo che scala come 1/R^2) e gli stati dei neutrini saranno maggiormente occuppati, per cui ci aspettiamo che il tasso di decadimento sia più piccolo di quando la terra si trovi più lontana e quindi la densità dei neutrini risulti minore. Il contributo ai livelli occupati dei neutrini potrebbe venire anche dai cosidetti neutrini relic (neutrini del fondo cosmico), l’analogo della radiazione elettromagnetica cosmica di fondo. Ci sarebbe quindi un flusso netto di neutrini a causa del moto del Sistema Solare attraverso questo mare (a circa 220 km/s), modulata in base al periodo siderale della Terra. Questo “mare di neutrini”, che si stima pervada l’universo con una concentrazione di circa 150 neutrini al centimentro cubo, non possono essere al momento rivelati direttamente perché la loro energia, che corrisponde ad una temperatura di 1.95 K (esiste una relazione che lega la temperatura della radiazione di fondo a quella dei neutrini) è di circa 0,16 meV e dal momento che la sezione d’urto dei neutrini scala all’incirca come l’energia dei neutrini al quadrato si capisce bene che la loro rivelazione diventi un’impresa titanica (questo è anche il motivo per il quale negli esperimenti di oscillazione dei neutrini, i neutrini provenienti dalla catena del Boro sono quelli più facilemente rivelabili sebbene in numero molto minore dei neutrini del ciclo pp). Esistono tuttavia delle tecniche molto furbe per la loro rivelazione, ma non è il caso di parlarne in questo ormai lunghissimo post. 

Vi lascio con una domanda: sapete dirmi in quali oggetti astronomici è presente questo meccanismo di inibizione del decadimento β-, meccanismo che si presenta solo in maniera leggermente diversa e conduce a alla formazione di oggetti astrofisici stabili? 

P.s.: Avete notato anche voi qualche somiglianza con il fenomeno chiamato gsi anomaly, che avevo descritto in questo post? Sebbene i tempi scala della oscillazione siano nettamente diversi, per l’anomalia gsi si tratta di 7 secondi contro un perido di oscillazione annuale nel caso descritto sopra, e nonostante i modi di decadimento siano diversi (cattura elettronica nel primo caso e dacadimento beta e alfa nel secondo), il fenomeno presenta degli aspetti simili che potrebbero nascondere un meccanismo comune.

Fonti:

1)   Il saggio Incertezza, Einstein, Heisenberg, Bohr e il principio di indeterminazione, di David Lindley, Biblioteca de LeScienze.

2)   Marie Curie: la scoperta della radiottività, di Giuseppe Bruzzanti, la biblioteca di Repubblica.

3)   Rencontres de Moriond; La Thuile, Italy 2011 slide: http://moriond.in2p3.fr/J11/transparents/fischbach.pdf

http://physicsworld.com e l’immancabile http://it.wikipedia.org/.