Neutrini: perfetti sconosciuti

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Teodora Lombardi
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1 Neutrini: perfetti sconosciuti Fabio Bellini Sapienza Università di Roma & INFN Roma Particelle Elementari ed Interazioni Fondamentali: la ricerca di frontiera

2 Scoperti 60 anni fa! 2

3 Scoperti 60 anni fa! νe νμ ντ spin s=1/2 carica q=0 2

4 Scoperti 60 anni fa! νe νμ ντ spin s=1/2 carica q=0 Interazione debole Serve in media un blocco di Pb di ~anno luce per fermarlo 2

5 Scoperti 60 anni fa! νe νμ ντ spin s=1/2 carica q=0 Interazione debole Serve in media un blocco di Pb di ~anno luce per fermarlo Creati ovunque 2

6 Scoperti 60 anni fa! νe νμ ντ spin s=1/2 carica q=0 Interazione debole Serve in media un blocco di Pb di ~anno luce per fermarlo Creati ovunque Perché studiare ancora i neutrini? 2

7 massa m =? 3

8 massa m 0 3

9 massa m 0 I tre tipi di neutrini mentre viaggiano si trasformano l uno nell altro 3

10 massa m 0 I tre tipi di neutrini mentre viaggiano si trasformano l uno nell altro Fenomeno predetto nel 67 da Bruno Pontecorvo! 3

11 Oscillatori accoppiati ω1 ω2 modi propri massima ampiezza delle oscillazioni non varia nel tempo 4

12 Oscillatori accoppiati ω1 ω2 modi propri massima ampiezza delle oscillazioni non varia nel tempo 4

13 Oscillatori accoppiati ω1 ω2 modi propri massima ampiezza delle oscillazioni non varia nel tempo 4

14 Oscillatori accoppiati e neutrini modo qualsiasi massima ampiezza delle oscillazioni varia nel tempo come A1=A sin(0.5(ω1-ω2)t) 5

15 Oscillatori accoppiati e neutrini modo qualsiasi massima ampiezza delle oscillazioni varia nel tempo come A1=A sin(0.5(ω1-ω2)t) 5

16 Oscillatori accoppiati e neutrini modo qualsiasi massima ampiezza delle oscillazioni varia nel tempo come A1=A sin(0.5(ω1-ω2)t) i tre neutrini non sono i modi propri E ω, t l/c A1=A sin((m1 2 -m2 2 )l/e) A1 0 se (m1 2 -m2 2 ) 0 5

17 Cosa ha di diverso? quarks leptoni kg kg kg kg kg kg Figura 1: Masse dei fermioni carichi fondamentali (leptoni e quark) e intervalli permessi per le masse dei neutrini. 6

18 Cosa ha di diverso? q=0 q=-1/3 q=2/3 quarks q=-1 leptoni kg kg kg kg kg kg Figura 1: Masse dei fermioni carichi fondamentali (leptoni e quark) e intervalli permessi per le masse dei neutrini. 6

19 materia e - q=-1 s=1/2 m=10-30 kg 7

20 materia anti-materia e - e + q=-1 s=1/2 m=10-30 kg q=+1 s=1/2 m=10-30 kg 7

21 materia ν q=0 8

22 materia anti-materia _ ν ν q=0 q=0 8

23 materia anti-materia _ ν ν q=0 q=0 _ ν=ν q=0 8

24 Se il neutrino è di Majorana allora ne deve esistere un altro. 9

25 Se il neutrino è di Majorana allora ne deve esistere un altro. mν=m 2 f/mr mn=mr see-saw Tanto più uno è pesante tanto più l altro è leggero mr~ scala di unificazione mf ~scala elettrodebole 9

26 Perché siamo fatti di materia 10

27 Perché siamo fatti di materia materia anti-materia t=0 10

28 Perché siamo fatti di materia materia anti-materia poco dopo 10

29 Perché siamo fatti di materia materia anti-materia poco dopo 10

30 Perché siamo fatti di materia materia oggi 10

31 Perché siamo fatti di materia materia oggi La violazione di CP nota, spiega ~ 10-3 dell asimmetria osservata nell universo I due neutrini di Majorana fornirebbero una teoria per spiegarla 10

32 dalla teoria alla pratica 11

33 dalla teoria alla pratica 11

34 dalla teoria alla pratica 11

35 dalla teoria alla pratica 11

36 dalla teoria alla pratica rarissimo: per ogni nucleo è previsto accadere in media ogni anni 11

37 dalla teoria alla pratica rarissimo: per ogni nucleo è previsto accadere in media ogni anni età Universo: anni 11

38 dalla teoria alla pratica rarissimo: per ogni nucleo è previsto accadere in media ogni anni età Universo: anni Mettere insieme una tonnellata di nuclei ed eliminare tutto ciò che può mimare il decadimento 11

39 Laboratori Nazionali del Gran Sasso 12

40 Laboratori Nazionali del Gran Sasso uno schermo di roccia da 1400 m contro i raggi cosmici 12

41 Laboratori Nazionali del Gran Sasso uno schermo di roccia da 1400 m contro i raggi cosmici 12

42 controllare la radioattività carta Al Pb 13

43 controllare la radioattività carta Al Pb 15 γ/s 13

44 controllare la radioattività carta Al Pb 15 γ/s 4000 γ/s 13

45 controllare la radioattività carta Al Pb Aria 15 γ/s 4000 γ/s 30 γ/s m 3 13

46 controllare la radioattività carta Al Pb Aria 15 γ/s 4000 γ/s 30 γ/s m 3 Bisogna lavorare con materiali radio-puri in ambienti protetti 13

47 Il rivelatore bagno termico ~ 10 mk cristallo assorbitore E ΔT termometro Pulse amplitude [a.u.] segnale Time [s] L elettrone trasferisce energia al cristallo che si scalda: ΔT=ΔE/C La capacità termica C deve essere piccola: raffreddiamo i cristalli a 10 millesimi di grado sopra la temperatura dello zero assoluto Misuriamo variazioni fino al milionesimo di grado! 14

48 1515

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52 1515

53 metro cubo più freddo dell universo 16

54 metro cubo più freddo dell universo 16

55 metro cubo più freddo dell universo Installazione dei rivelatori questa estate 16

56 Presente e futuro Nei prossimi anni speriamo di scoprire il neutrino di Majorana 17

57 Presente e futuro Nei prossimi anni speriamo di scoprire il neutrino di Majorana Ma già pensiamo a come aumentare la sensibilità: nuove tecnologie di riduzione del fondo 17

Presente e futuro Nei prossimi anni speriamo di scoprire il neutrino di Majorana Ma già pensiamo a come aumentare la sensibilità: nuove tecnologie di riduzione del fondo Sviluppo di rivelatori di

58 Presente e futuro Nei prossimi anni speriamo di scoprire il neutrino di Majorana Ma già pensiamo a come aumentare la sensibilità: nuove tecnologie di riduzione del fondo Sviluppo di rivelatori di luce che sfruttano la rottura di coppie di Cooper in materiali superconduttori Amplitude [db] Signal: shift of resonant frequency f Frequency [Hz] 17

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