Sfruttare il Large Hadron Collider del CERN come sorgente per lo studio di neutrini, particelle elementari elusive, caratterizzate da una scarsissima interazione con la materia, emessi a seguito delle collisioni tra protoni all'interno del super acceleratore. Questo l'obiettivo della collaborazione internazionale SND@LHC, che coinvolge 180 scienziati di 14 Paesi del mondo coordinati dal professore Giovanni De Lellis dell'Università degli Studi di Napoli Federico II. Dopo aver portato a termine la realizzazione del proprio apparato sperimentale nel marzo dello scorso anno, le ricercatrici e i ricercatori di SND@LHC, insieme ai colleghi della collaborazione FASER, altro esperimento al CERN che studia neutrini, hanno pubblicato sulla rivista Physical Review Letters, i primi risultati dell'analisi dei dati acquisiti nel corso del 2022, da cui emerge la prima osservazione di neutrini muonici di alta energia prodotti da LHC. Oltre ad aprire una nuova finestra utile a indagare le proprietà dei neutrini, la misura, la prima del suo genere, rappresenta un'importante successo tecnologico, confermando la capacità del sistema di rivelazione adottato da SND@LHC di individuare particelle tanto elusive. Il risultato è stato indicato come "Editors's suggestions" da Physical Review Letters. Approvato nel marzo del 2021, l'esperimento Scattering and Neutrino Detector (SND@LHC) è stato installato a 480 metri dall'esperimento ATLAS in un in un tunnel in disuso che collega LHC all'SPS e ha come scopo l'individuazione e lo studio dell'elevato numero di neutrini di tutti e tre i sapori (elettronico, muonico e tauonico) che un collisore come LHC è in grado di produrre, finora sfuggiti a un'osservazione diretta a causa della loro bassa probabilità di interazione e della loro traiettoria parallela all'asse di collisione, che rende questi neutrini "invisibili" agli altri esperimenti di LHC.
«Gli esperimenti a LHC hanno sinora associato la presenza di neutrini alla rivelazione di energia mancante nella ricostruzione dei prodotti delle interazioni», spiega il responsabile Giovanni De Lellis, Ordinario di Fisica Sperimentale all'Ateneo federiciano . «SND@LHC è stato progettato con l'obiettivo di rivelare queste particelle, di grande interesse per la fisica in quanto caratterizzate da energie molto elevate e non ancora esplorate, estendendo il potenziale scientifico degli altri esperimenti di LHC». SND@LHC presenta dimensioni ridotte rispetto alle altre tipologie di esperimenti dedicati allo studio dei neutrini attualmente in corso. Esso è costituito da due regioni. In quella più a monte ci sono lastre di tungsteno, per un peso complessivo di circa 800 kg, intervallate da film di emulsioni nucleari, in grado rivelare con estrema precisione l'interazione dei neutrini, e da sistemi traccianti elettronici basati su fibre scintillanti per la misura dell'instante in cui avvengono gli eventi di interazione e della loro energia elettromagnetica. La regione più a valle dell'apparato è invece dotata di un calorimetro adronico e un sistema di riconoscimento dei muoni.
«Con i primi risultati dell'analisi dei dati raccolti nel 2022, l'esperimento SND@LHC ha aperto una nuova frontiera nello studio dei neutrini e nella ricerca di materia oscura». L'Università Federico II svolge un ruolo centrale all'interno della collaborazione insieme all'Istituto di Fisica Nucleare. «Questo è il primo risultato pubblicato: l'indagine proseguirà grazie alle caratteristiche uniche dell'apparato sperimentale. Il coinvolgimento di gruppi di ricerca multidisciplinari della Federico II è anche il frutto del lavoro della Task Force d'Ateneo SHiP-Fed in cui sono coinvolti 10 Dipartimenti. Questo risultato apre una nuova era, quella della fisica dei neutrini da collisore di particelle», conclude De Lellis.