Il modello standard della fisica delle particelle rappresenta solo il 20% della materia nell'universo. I fisici hanno teorizzato che il restante 80% sia costituito dalla cosiddetta materia oscura, che consiste di particelle che non emettono, assorbono o riflettono la luce e quindi non possono essere osservati direttamente con gli strumenti esistenti.

L'esistenza della materia oscura è indirettamente dedotta dalle osservazioni astronomiche dei suoi effetti gravitazionali. Finora, i ricercatori non sono stati in grado di osservare direttamente questo misterioso tipo di materia, ma hanno introdotto una serie di modelli teorici che delineano possibili "tracce" che la materia oscura potrebbe lasciare quando interagisce con particelle modello standard note attraverso forze sconosciute, chiamate anche forze oscure.

Secondo alcuni di questi modelli teorici, la materia oscura potrebbe essere osservata indirettamente rilevando gli effetti delle sue interazioni estremamente rare con la materia normale. Dati astronomici recenti raccolti dal telescopio Planck, lanciato nello spazio oltre un decennio fa e gestito dall'Agenzia spaziale europea (ESA), accennato all'esistenza di un inattivo (cioè, sterile) tipo di neutrino con massa nella scala sub-eV, che potrebbero essere promettenti candidati per la materia oscura.

La collaborazione RENO (Reactor Experiment for Neutrino Oscillation), un gruppo di ricercatori di diversi istituti in Corea del Sud, recentemente condotto una ricerca di luce, oscillazioni del neutrino sterile sub-eV, che si basava sui dati raccolti da due rilevatori identici situati in Corea del Sud nel corso di 2200 giorni. Sebbene non fossero in grado di rilevare queste oscillazioni, le loro scoperte, pubblicato in Lettere di revisione fisica , potrebbe informare future ricerche di neutrini sterili.

"Neutrini sterili, se esistono, può essere miscelato con neutrini attivi e quindi lasciare effetti osservabili nei dati raccolti negli esperimenti sui neutrini del reattore, "Soo-Bong Kim, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a Phys.org. "Gli esperimenti di RENO in Corea e Daya Bay in Cina, che utilizzano rilevatori multipli e identici nelle diverse posizioni, avere una sensibilità abbastanza alta da testare i risultati di Planck."

Finora, sforzi sperimentali volti a rilevare indizi di interazioni di neutrini sterili su scala sub-eV non sono stati in grado di raccogliere segnali di queste particelle sfuggenti. I risultati precedenti sembrano quindi escludere parzialmente la validità della recente ipotesi basata sui dati raccolti dal telescopio Planck. Per confermare o smentire completamente questa ipotesi, i fisici dovranno prima condurre ricerche che coprano lo spazio dei parametri rimanente, raccogliendo misurazioni molto precise.

Nel loro studio, Kim e i suoi colleghi hanno analizzato una grande quantità di dati raccolti da due rilevatori identici posizionati a ~ 300 me ~ 1400 m da sei reattori situati presso la centrale nucleare di Hanbit, in Corea. Questi dati sono stati accumulati nel corso di otto anni, come parte dell'esperimento RENO. L'obiettivo principale dell'esperimento RENO è misurare o fissare un limite al cosiddetto parametro della matrice di miscelazione dei neutrini θ ¹³ , che è responsabile delle oscillazioni che deriverebbero dalla miscelazione tra diversi sapori di neutrini.

"L'ampio campione di dati ci consente di ridurre le incertezze relative alle fluttuazioni statistiche e la nostra configurazione di due rilevatori identici è utile per ridurre sostanzialmente le incertezze associate ai sistemi e ai metodi di misurazione, " Kim ha spiegato. "Hanno notevolmente migliorato l'accuratezza della misurazione dello spettro energetico dei neutrini. La miscelazione con neutrini sterili non osservabili provoca la scomparsa dei neutrini attivi nei dati, quindi abbiamo cercato di sondare gli effetti del neutrino sterile confrontando le forme spettrali dei due rivelatori".

Globale, il recente lavoro di Kim e dei suoi colleghi conferma la possibilità di condurre ricerche sulla materia oscura utilizzando strumenti artificiali in grado di misurare le oscillazioni con elevati livelli di precisione. Finora, i ricercatori non sono stati in grado di rilevare alcuna caratteristica significativa che potrebbe derivare da interazioni di neutrini sterili. Perciò, i loro risultati suggeriscono che se queste particelle esistessero, le loro interazioni con altre particelle sarebbero estremamente deboli.

"I risultati raccolti da noi e dal Daya Bay Reactor Neutrino Experiment forniscono una tabella di marcia per future misurazioni di precisione volte a rilevare interazioni di neutrini sterili, " Kim ha detto. "Ora abbiamo in programma di continuare la ricerca di neutrini sterili in scala sub-eV. Inoltre, abbiamo recentemente riportato i risultati di una ricerca di neutrini sterili su scala eV che ha mostrato un'interessante indicazione di miscelazione con neutrini sterili negli spettri di neutrini osservati. Abbiamo in programma di continuare questi sforzi utilizzando il complesso di neutrini del reattore RENO".

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