I neutrini sono tanto misteriosi quanto onnipresenti. Una delle particelle più abbondanti nell'universo, passano attraverso la maggior parte della materia inosservati. Le loro masse sono così piccole che finora nessun esperimento è riuscito a misurarle, mentre viaggiano quasi alla velocità della luce.

L'esperimento del neutrino MicroBooNE presso il Fermilab del Dipartimento dell'Energia ha pubblicato una nuova misurazione che aiuta a dipingere un ritratto più dettagliato del neutrino. Questa misura mira più precisamente a uno dei processi derivanti dall'interazione di un neutrino con un nucleo atomico, uno con un nome di fantasia:scattering quasielastico a corrente carica.

I fisici hanno trascorso molto tempo ad esplorare le proprietà di queste particelle invisibili. Nel 1962, hanno scoperto che i neutrini sono di più di un tipo, o sapore. Entro la fine del secolo, gli scienziati avevano identificato tre sapori e scoperto anche che i neutrini potevano cambiare sapore attraverso un processo chiamato oscillazione. Questo fatto sorprendente rappresenta una rivoluzione nella fisica:la prima prova nota della fisica oltre il modello standard di grande successo.

Data l'abbondanza di domande senza risposta relative a queste particelle sfuggenti, la fisica dei neutrini sta per entrare in una nuova era di misurazioni ad alta precisione, dove i prossimi esperimenti cercheranno di estrarre i parametri di oscillazione con una precisione senza precedenti. Questi esperimenti utilizzeranno rivelatori all'avanguardia per misurare le interazioni dei neutrini. Affinché gli esperimenti siano un successo, un'accurata modellazione delle interazioni neutrino-nucleo nelle loro simulazioni è un must.

Le camere a proiezione temporale liquido-argon sono potenti rivelatori di particelle che ci permettono di studiare in dettaglio le interazioni dei neutrini, e queste misurazioni possono essere utilizzate per confrontare la validità dei modelli di interazione dei neutrini nelle attuali simulazioni. L'esperimento del neutrino MicroBooNE è il primo esperimento operativo su larga scala al Fermilab a utilizzare questa nuova tecnologia di rilevamento. Ha già raccolto una grande quantità di eventi di diffusione dei neutrini nel corso degli ultimi cinque anni.

Quando un neutrino interagisce con un nucleo, può produrre un muone (un cugino dell'elettrone) e un protone attraverso lo scattering quasi elastico di corrente carica, o diffusione CCQE. MicroBooNE pubblicato in Lettere di revisione fisica la prima misurazione delle interazioni di tipo CCQE sull'argon per eventi che producono un singolo muone e un singolo protone, ma nessun pione carico, un altro tipo di particella subatomica che spesso deriva dalle interazioni dei neutrini con la materia. Questa misurazione limita i calcoli essenziali per le misurazioni future e identifica le regioni in cui è richiesto il miglioramento dei modelli teorici.

Questo risultato è di grande importanza per tutti i futuri esperimenti di oscillazione del neutrino che utilizzeranno rivelatori di argon-bersaglio, come gli esperimenti del programma Short-Baseline Neutrino e l'esperimento internazionale Deep Underground Neutrino, entrambi ospitati da Fermilab, che si baseranno su modelli precisi delle interazioni dei neutrini sull'argon per raggiungere le loro sensibilità previste.