San Francisco Frontiers - Il grafene per studiare la massa del neutrino

Misurare la massa del neutrino, una delle particelle più leggere e sfuggenti dell'universo, resta una delle grandi sfide della fisica contemporanea. A questo obiettivo guarda lo studio condotto nell'ambito del progetto Ptolemy da Istituto Nanoscienze del Cnr, Università di Pisa, Sapienza Università di Roma, Istituto nazionale di fisica nucleare e Columbia University. La ricerca, pubblicata sulla rivista Physical Review C, analizza il ruolo del grafene nel decadimento del trizio, processo alla base degli esperimenti per ricavare informazioni sulla massa del neutrino. Il trizio è un isotopo radioattivo dell'idrogeno che decade emettendo un elettrone e un neutrino. La misura precisa dell'energia degli elettroni prodotti consente di ottenere indicazioni indirette sulla massa della particella, ma questo approccio è ormai vicino ai propri limiti sperimentali. Per aumentare la sensibilità delle misure, Ptolemy punta a utilizzare trizio adsorbito su grafene, materiale bidimensionale formato da un solo strato di atomi di carbonio. In queste condizioni, però, le interazioni tra trizio e grafene possono modificare l'energia degli elettroni emessi, introducendo i cosiddetti "effetti di stato solido". "All'interno di un materiale, diversamente da quanto avviene nel vuoto, le eccitazioni elettroniche e vibrazionali alterano lo spettro energetico degli elettroni emessi, proprio il segnale fondamentale per determinare la massa del neutrino", spiega Valentina Tozzini del Cnr Nano, autrice dello studio con Andrea Casale della Columbia University, Angelo Esposito di Sapienza e Infn e Guido Menichetti dell'Università di Pisa. Il metodo sviluppato combina simulazioni della struttura elettronica del grafene con la descrizione quantistica del decadimento nucleare. Per Marcello Messina, primo ricercatore dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell'Infn e tra i fondatori di Ptolemy, il risultato conferma il carattere multidisciplinare del progetto, tra cosmologia, fisica delle particelle, stato solido e fisica teorica. Lo studio fornisce indicazioni utili per progettare dispositivi più sensibili per la ricerca sulla massa del neutrino e, in prospettiva, per la rivelazione dei neutrini del fondo cosmico.

R.Baker--SFF