Abbiamo, da poco, parlato di decadimento beta meno. La notizia data in questi giorni ci riporta sull’argomento e permette di introdurre l’esperimento CUORE del Gran Sasso. Un esperimento che dovrebbe verificare l’ipotesi di Majorana sulla uguaglianza tra neutrino e antineutrino e, soprattutto, sulla possibilità, in tempi molto remoti, di una  trasformazione di antimateria in materia e viceversa, uno dei misteri antisimmetrici più misteriosi e ancora insoluti: perché c’è più materia che antimateria?

Una volta tanto (e ne sono contento) posso tranquillamente richiamare l’articolo molto chiaro pubblicato su Media INAF. L’esperimento e le motivazioni sono spiegate molto bene e così pure le ricadute che potrebbero essere veramente fondamentali. Mi interessa, però, chiarire ancora  meglio la parte che ripropongo letteralmente:

“Il doppio decadimento beta è un processo nel quale, all’interno di un nucleo, due neutroni si trasformano in due protoni, emettendo due elettroni e due antineutrini. Nel doppio decadimento beta senza emissione di neutrini non vi è invece emissione di neutrini, grazie al fatto che uno degli antineutrini si è trasformato, all’interno del nucleo, in neutrino. Le particelle dotate di carica elettrica non possono subire questa trasformazione perché implicherebbe la violazione di uno dei principi base che descrivono il comportamento delle particelle elementari. In effetti, il Modello Standard delle interazioni fondamentali prevede che ciò valga anche per i neutrini, malgrado tali particelle non siano elettricamente cariche. Ma i neutrini potrebbero essere particelle davvero speciali. Se, come ipotizzato negli anni ’30 del secolo scorso dal fisico italiano Ettore Majorana, i neutrini e gli antineutrini fossero due manifestazioni della stessa particella, come le due facce di una stessa moneta, la transizione tra materia e antimateria risulterebbe allora possibile. Questo fenomeno, seppur estremamente raro, potrebbe esser stato frequente nell’universo primordiale, immediatamente dopo il Big Bang e aver determinato la prevalenza della materia sull’antimateria.”.

Il decadimento beta meno è stato spiegato da poco tempo, anche riguardo alla creazione di elementi più pesanti del ferro, allacciandosi alla kilonova che ha creato una vera e propria rivoluzione nella Scienza. Vale la pena, allora, capire al meglio cosa comporta il rarissimo doppio decadimento beta meno. E quello ancora più eccitante e raro che non produce antineutrini.

Il doppio decadimento beta meno è essenzialmente un raddoppiamento del beta meno “normale”: invece del decadimento di un solo neutrone, si ha il decadimento di due neutroni. Ne segue che si producono due elettroni e due antineutrini. Fin qui niente di strano. Tuttavia, le cose diventano veramente interessanti quando si verifica il doppio decadimento beta meno senza la presenza di neutrini! Dove sono finiti? Va tenuto presente il decadimento beta meno inverso che consiste nella versione "quasi" opposta del decadimento  beta meno: un neutrino può penetrare nel nucleo e colpire un neutrone, trasformandolo in protone e liberando un elettrone.

Ecco allora il trucco per ottenere il doppio decadimento beta meno senza neutrini. Avviene un normale decadimento beta meno. L’antineutrino, però, va a colpire un neutrone come nel decadimento beta inverso, lo trasforma in protone e produce un altro elettrone. Ma, un attimo… un attimo... questo secondo processo avviene quando un neutrone è colpito da un neutrino e non da un antineutrino!

La soluzione può essere semplicissima: neutrino e antineutrino sono la stessa cosa o, quantomeno, possono trasformarsi l’uno nell’altro! La figura che segue illustra molto bene quanto detto…

Majorana avrebbe ragione e se il processo fosse stato molto più frequente all’epoca subito successiva al Big Bang, si dimostrerebbe come poter passare facilmente da antineutrino a neutrino, ossia da antimateria a materia. Aspettiamo con ansia il lavoro di CUORE…