Utente:Mauro.mezzetto/Sandbox

La scoperta delle oscillazioni di neutrini è stata premiata con il Premio Nobel della Fisica nel 2015 "per aver dimostrato che la massa dei neutrini è diversa da zero".

Le oscillazioni di neutrini non sono comunque in grado di fornire informazioni sulla massa assoluta dei neutrini, infatti sono sensibili alle differenze quadrate delle masse: ${\displaystyle \Delta m_{ij}^{2}=(m_{i}^{2}-m_{j}^{2})}$, con ${\displaystyle i\neq j,\,=1,2,3}$ ma non ai valori di ${\displaystyle m_{i}}$. Sono comunque in grado di fornire informazioni su come la massa totale è distribuita nei tre autostati di massa, ovvero se ${\displaystyle m_{1}}$è il più leggero o il più pesante dei tre autostati. Le oscillazioni dei neutrini solari hanno già permesso di determinare che ${\displaystyle m_{1}<m_{2}}$, resta da determinare se ${\displaystyle m_{1}<m_{3}}$ o ${\displaystyle m_{1}>m_{3}}$. Questo problema viene definito come gerarchia di massa dei neutrini, il primo caso viene chiamato gerarchia diretta, il secondo gerarchia inversa.

Sperimentalmente si tratta di determinare il segno di ${\displaystyle \Delta m_{13}^{2}}$(${\displaystyle {\rm {{sign}(\Delta m_{13}^{2})}}}$). Le oscillazioni nel vuoto non sono in grado di determinare ${\displaystyle {\rm {{sign}(\Delta m_{13}^{2})}}}$ perchè ogni termine che dipende da ${\displaystyle \Delta m_{13}^{2}}$si trova nella forma ${\displaystyle {\rm {{sin}^{2}(\Delta m_{13}^{2})}}}$ nelle formule di oscillazione e quindi non è sensibile a ${\displaystyle {\rm {{sign}(\Delta m_{13}^{2})}}}$.

Ci sono almeno tre approcci per misurare la gerarchia di massa:

• Le oscillazioni nella materia, a differenza delle oscillazioni nel vuoto, hanno dei termini ${\displaystyle {\rm {{sin}(\Delta m_{13}^{2})}}}$che permetono di determinare ${\displaystyle {\rm {{sign}(\Delta m_{13}^{2})}}}$. Questo approccio permette agli esperimenti ai neutrini atmosferici e agli esperimenti long-baseline, dove i neutrini attraversano lunghi tragitti nella materia, di avere la possibilità di misurare la gerarchia di massa. Gli esperimenti attuali, Super-Kamiokande per gli atmosferici e T2K e NOvA per i long-baseline, non hanno comunque sufficiente sensibilità per decidere quale sia la gerarchia di massa. Gli esperimenti long-baseline di nuova generazione, DUNE e Hyper-Kamiokande per i long-baseline e ORCA per gli atmosferici, saranno in grado di misurare con grande significanza statistica la gerarchia di massa.
• Misure di sparizione di antineutrini dell'elettrone ${\displaystyle ({\overline {\nu }}_{e})}$ generati da reattori nucleari, se effettuate al massimo di sparizione, quindi al valore di L/E delle oscillazioni solari: ${\displaystyle {\rm {{L/E}\sim 17({\rm {{km}\cdot {\rm {{MeV}^{-1})}}}}}}}$, sono in grado di misurare la gerarchia di massa attraverso l'interferenza dei termini solari ed atmosferici, come proposto inizialmente nel 2003^[1]. Questo è l'aproccio dell'esperimento JUNO in Cina, che sta per essere completato.
• Le oscillazioni nella materia terrestre hanno una risonanza intorno ai 15 GeV, come previsto nel 2013^[2]. Questo permette a Neutrino Telescopes come IceCube di misurare la gerarchia di massa, anche se probabilmente bisognerà aspettare l'upgrade IceCube Gen2 per avere una risposta definitiva con questo approccio.

1. ^ Sandhya Choubey, S. T. Petcov e M. Piai, Precision neutrino oscillation physics with an intermediate baseline reactor neutrino experiment, in Physical Review D, vol. 68, n. 11, 30 dicembre 2003, pp. 113006, DOI:10.1103/PhysRevD.68.113006.
2. ^ (EN) E. Kh. Akhmedov, Soebur Razzaque e A. Yu. Smirnov, Mass hierarchy, 2-3 mixing and CP-phase with huge atmospheric neutrino detectors, in Journal of High Energy Physics, vol. 2013, n. 2, 14 febbraio 2013, pp. 82, DOI:10.1007/JHEP02(2013)082.