Neutrini: la sfida di KATRIN per svelare il mistero delle particelle più elusive dell'universo

L'esperimento internazionale KATRIN (KArlsruhe TRItium Neutrino Experiment), condotto dal Karlsruhe Institute of Technology (KIT), ha comunicato un importante avanzamento nella determinazione della massa dei neutrini, stabilendo un nuovo record scientifico. I dati, resi pubblici il 10 aprile 2025 sulla rivista Science, indicano che il limite superiore per la massa dei neutrini è stato fissato a 0,45 eV/c². Questo valore corrisponde a meno di un milionesimo della massa di un elettrone, pari a circa 8·10^-37 kg.

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I neutrini, particelle enigmatiche e onnipresenti nell’universo, interagiscono raramente con la materia. Queste particelle influenzano la formazione di galassie e la loro esigua massa è cruciale per spiegare le oscillazioni di neutrini, un fenomeno osservato in fisica delle particelle. L'esperimento KATRIN, con i suoi 20 gruppi di ricerca provenienti da sette paesi, inclusa l'Italia, mira a misurare la massa dei neutrini attraverso mezzi sperimentali diretti e non dipendenti da modelli teorici preesistenti. Utilizza il decadimento beta del trizio per analizzare la distribuzione energetica degli elettroni rilasciati, permettendo una stima diretta della massa dei neutrini. L'avanzata tecnologia di KATRIN permette misurazioni di un'accuratezza senza precedenti, che lo rende un progetto chiave nella comprensione più profonda delle leggi fondamentali dell’universo.

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Sin dal 2019, anno in cui sono iniziate le misurazioni, la qualità delle serie di dati ha registrato un costante miglioramento. “Le nostre misurazioni della massa dei neutrini continueranno fino alla fine del 2025. Grazie al continuo miglioramento dell’esperimento e dell’analisi, nonché a un insieme di dati più ampio, ci aspettiamo una sensibilità ancora maggiore, e forse nuove scoperte, speriamo rivoluzionarie”, dichiara Marco Carminati, professore presso il Politecnico di Milano e ricercatore dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), in qualità di responsabile nazionale dell'esperimento.

KATRIN si afferma come leader mondiale nel settore delle misurazioni dirette della massa dei neutrini, ottenendo risultati che superano di quattro volte quelli degli esperimenti precedenti. Le recenti scoperte rivelano che i neutrini possiedono una massa almeno un milione di volte inferiore a quella degli elettroni, le particelle elementari con la carica elettrica più ridotta. Comprendere questa significativa discrepanza nella massa rappresenta una sfida cruciale per la fisica teorica delle particelle.

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Oltre a garantire una misurazione accurata della massa dei neutrini, KATRIN sta già tracciando il percorso per la fase successiva del progetto. Dal 2026, è prevista l'installazione di un innovativo rivelatore denominato TRISTAN. L'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, rappresentante italiano di eccellenza nel settore, sta partecipando allo sviluppo di TRISTAN, concentrandosi sugli aspetti legati all'elettronica, alla modellazione del rivelatore e all'analisi dei dati. Questo avanzamento dell'esperimento permetterà di indagare l'esistenza del neutrino sterile, una particella teorizzata che interagisce in maniera ancora più debole rispetto ai neutrini attualmente noti. Con una massa stimata nell'ordine dei keV/c², i neutrini sterili rappresentano potenziali candidati per fornire una spiegazione alla materia oscura.