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Tre tipi di neutrini forniscono indizi sulla morte delle stelle

Tre diversi tipi di neutrini – muoni, elettroni e neutrini tau – hanno fornito indizi cruciali sul processo che porta alla morte delle stelle. Lo afferma uno studio condotto dalla Northwestern University, pubblicato sulla rivista Physical Review Letters. Nel corso degli anni, gli scienziati hanno individuato tre tipologie di neutrini, classificandoli in base al ‘sapore’.  Ogni sapore è distinto, deriva dall’associazione con altre particelle subatomiche e prende il nome di un gusto di gelato ovvero vaniglia, fragola e cioccolato. 

In un’esplosione di supernova, il 99 percento dell’energia della stella morta viene emessa attraverso i neutrini. Viaggiando quasi alla velocità della luce e interagendo in modo estremamente debole con la materia, i neutrini sono i primi messaggeri di questo evento in grado di raggiungere la Terra.

Dalla loro scoperta avvenuta negli anni Cinquanta, i fisici delle particelle hanno fatto passi da gigante nella comprensione e nella rivelazione dei neutrini. Per limitare la complessità dei modelli e semplificare la ricerca, molti scienziati fanno supposizioni: ad esempio, ipotizzano che i neutrini non elettronici si comportino in modo identico quando vengono spinti da una supernova.

Ciò che rende lo studio dei neutrini così complicato è la loro provenienza da oggetti compatti, come l’interno di una stella. Le tre tipologie di neutrini – si legge nello studio – interagiscono tra loro e per questo motivo la loro evoluzione è influenzata da tutti gli altri presenti nel sistema. 

Nello specifico, i neutrini iniziano ad oscillare quando vengono riversati nello spazio a causa dell’esplosione di una supernova (con annesso collasso del nucleo) e le interazioni tra queste particelle modificano le proprietà e i comportamenti dell’intero sistema. 

Quando la densità dei neutrini è elevata, una frazione di essi ‘cambia sapore’. Se i diversi sapori vengono emessi in altrettante direzioni nel profondo di una stella, le conversioni dei neutrini avvengono rapidamente e prendono il nome di conversioni rapide. Lo studio ha evidenziato che all’aumentare del numero di neutrini crescono anche i loro tassi di conversione, indipendentemente dalla massa.

Gli scienziati della Northwestern hanno creato una simulazione non lineare di una conversione rapida, effettuata alla presenza dei tre tipi di neutrini. Durante questo processo, la conversione è contrassegnata dall’interazione e dal cambiamento dei sapori dei neutrini. Secondo i ricercatori, i tre tipi di neutrini non hanno la stessa distribuzione angolare, ma assumono posizioni diverse. 

Lo studio ha diverse implicazioni sia per l’astrofisica, sia per la fisica delle particelle e il team di scienziati spera di rendere i risultati più generici, includendo le dimensioni spaziali oltre ai componenti della quantità di moto e del tempo. «Stiamo cercando di convincere la comunità  scientifica che è necessario utilizzare tutti e tre i sapori dei neutrini per comprendere appieno il processo delle conversioni rapide –  conclude Manibrata Sen, autore dello studio – Una corretta comprensione di questi processi  può effettivamente aiutarci a capire perché alcune stelle esplodono diventando supernovae». 

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