Per oltre trent’anni un deficit di circa il 20% nei neutrini osservati aveva alimentato l’ipotesi di una nuova particella, il “neutrino sterile”. Un lavoro pubblicato su Physical Review Letters suggerisce ora una spiegazione diversa: il problema potrebbe essere nei calcoli teorici
Per più di trent’anni è stata considerata una delle anomalie più intriganti della fisica dei neutrini. Un risultato sperimentale emerso anche nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, in Abruzzo, sembrava indicare che qualcosa non tornasse nelle nostre conoscenze delle particelle elementari.
Ora quel mistero potrebbe avere una spiegazione molto meno esotica di quanto immaginato.
Uno studio condotto da ricercatori delle sezioni INFN di Cagliari e Torino, pubblicato il 24 settembre 2026 su Physical Review Letters, suggerisce infatti che la cosiddetta “anomalia del gallio” potrebbe non essere il segnale dell’esistenza di una nuova particella, ma la conseguenza di un’approssimazione utilizzata per decenni nei calcoli teorici.
Se confermata, sarebbe una svolta importante: una delle principali motivazioni sperimentali che avevano spinto i fisici a ipotizzare un quarto tipo di neutrino, il cosiddetto neutrino sterile, potrebbe essere reinterpretata senza dover ricorrere a nuova fisica oltre il Modello Standard.
Il mistero cominciato negli anni Novanta
La storia parte proprio dagli esperimenti sui neutrini condotti negli anni Novanta.
GALLEX, operativo dal 1991 al 1997 nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN, e SAGE, realizzato al Baksan Neutrino Observatory in Russia, utilizzavano grandi quantità di gallio per rilevare i neutrini elettronici.
Il principio era ingegnoso.
Quando un neutrino elettronico viene catturato da un nucleo di gallio-71, all’interno del nucleo un neutrone si trasforma in un protone e viene prodotto germanio-71. Contando gli atomi di germanio generati, i ricercatori possono quindi risalire al numero di neutrini che hanno interagito con il materiale.
Il problema era che i conti non tornavano.
Gli esperimenti osservavano sistematicamente circa il 20% di neutrini in meno rispetto a quanto previsto dalla teoria.
E quel deficit non è semplicemente scomparso con il tempo: è stato successivamente confermato anche dall’esperimento BEST, sempre al Baksan Neutrino Observatory. Oggi la discrepanza ha raggiunto una significatività statistica superiore a cinque deviazioni standard.
L’ipotesi affascinante: un neutrino che non riusciamo a vedere
Da qui è nata una delle spiegazioni più suggestive.
La fisica conosce tre tipi, o “sapori”, di neutrino: elettronico, muonico e tauonico.
Ma alcuni modelli hanno ipotizzato l’esistenza di un quarto neutrino, definito “sterile”, perché non parteciperebbe alle normali interazioni deboli attraverso cui vengono osservati gli altri neutrini.
In termini molto semplici, una parte dei neutrini elettronici avrebbe potuto trasformarsi in questa particella invisibile durante il percorso, facendo così apparire nei rivelatori un numero di neutrini inferiore alle aspettative.
Se una particella del genere venisse confermata, sarebbe una scoperta di enorme rilevanza perché aprirebbe uno scenario di fisica oltre il Modello Standard.
Ma il nuovo studio propone ora un’altra possibilità.
E se il problema fosse nella previsione teorica?
Il gruppo composto da M. Cadeddu, N. Cargioli, F. Dordei, L. Ferro, C. Giunti e M. Pitzalis ha riesaminato il modo in cui viene calcolata la probabilità che un neutrino venga catturato da un nucleo di gallio.
Tradizionalmente, per rendere il calcolo più gestibile, la parte che descrive neutrino ed elettrone viene trattata separatamente da ciò che accade all’interno del nucleo atomico.
In questa approssimazione si assume, semplificando molto, che le funzioni d’onda delle particelle coinvolte non cambino in maniera significativa all’interno della regione nucleare.
Il nuovo lavoro abbandona questa separazione e considera insieme la componente nucleare e quella leptonica, tenendo conto di come le funzioni d’onda di neutrino ed elettrone cambino nello spazio all’interno del nucleo.
Ed è qui che compare l’effetto interessante.
Contributi provenienti da regioni differenti del nucleo possono interferire tra loro e cancellarsi parzialmente, modificando la probabilità complessiva che il neutrino venga catturato.
Quel 20% potrebbe essere proprio lì
Il risultato è particolarmente suggestivo perché il nuovo metodo può ridurre la probabilità teorica di cattura dei neutrini proprio di una quantità dell’ordine del 20%.
In altre parole, la teoria potrebbe aver previsto per anni un numero di interazioni troppo elevato.
Correggendo il calcolo, i risultati sperimentali di GALLEX, SAGE e BEST potrebbero quindi tornare compatibili con le previsioni senza ipotizzare che una parte dei neutrini sia scomparsa trasformandosi in particelle sterili.
È un ribaltamento interessante del problema: forse non mancavano neutrini nell’esperimento. Potremmo averne semplicemente previsti troppi.
Nessuna scoperta definitiva, almeno per ora
Gli stessi autori invitano però alla prudenza.
Lo studio non dimostra definitivamente che l’anomalia del gallio sia stata risolta.
Il prossimo passo sarà utilizzare calcoli microscopici più dettagliati della struttura nucleare per determinare con maggiore precisione ciò che accade durante la trasformazione tra gallio e germanio.
Luca Ferro, coautore del lavoro, sottolinea infatti che sarà necessario verificare il risultato attraverso modelli nucleari più precisi.
Questo significa che il neutrino sterile non è stato “cancellato” dalla fisica e la sua eventuale esistenza continua a essere investigata attraverso diversi esperimenti.
Il nuovo studio afferma qualcosa di più circoscritto, ma comunque importante: l’anomalia del gallio potrebbe non essere una prova della sua esistenza.
Perché il risultato potrebbe avere conseguenze più ampie
La questione non riguarda soltanto un vecchio esperimento del Gran Sasso.
Se l’effetto individuato dal gruppo fosse confermato, lo stesso tipo di correzione potrebbe essere rilevante anche in altri processi governati dall’interazione debole.
Tra questi ci sono la cattura elettronica, il decadimento beta e altre interazioni tra neutrini e nuclei atomici.
Significherebbe quindi rivedere alcuni calcoli utilizzati in diversi settori della fisica nucleare.
E sarebbe anche un esempio particolarmente interessante di come funziona la scienza: un risultato sperimentale inatteso può indicare l’esistenza di qualcosa di completamente nuovo, ma può anche costringere i ricercatori a tornare su teorie e approssimazioni considerate consolidate.
Il Gran Sasso al centro della storia dei neutrini
Per l’Abruzzo la notizia ha un significato particolare.
Una parte fondamentale di questa storia scientifica è infatti nata sotto il Gran Sasso, dove GALLEX contribuì negli anni Novanta allo studio dei neutrini solari e alle misure che successivamente avrebbero dato origine all’anomalia del gallio.
I Laboratori Nazionali del Gran Sasso continuano ancora oggi a essere uno dei principali centri mondiali dedicati alla fisica delle astroparticelle e alla ricerca di fenomeni estremamente rari.
Proprio nelle ultime settimane un altro esperimento ospitato nei laboratori abruzzesi, XENONnT, ha annunciato la prima osservazione dello scattering elastico di neutrini solari a bassa energia sugli elettroni, raggiungendo una soglia di circa 17 keV.
A più di trent’anni dai primi risultati di GALLEX, quindi, il Gran Sasso continua a essere uno dei luoghi nei quali i neutrini mettono alla prova ciò che sappiamo sull’Universo.
In parole semplici: cosa è successo?
| Domanda | Risposta |
|---|---|
| Qual era il problema? | Gli esperimenti vedevano circa il 20% di neutrini in meno del previsto |
| Dove è stata osservata l’anomalia? | GALLEX al Gran Sasso, SAGE e successivamente BEST in Russia |
| Qual era una possibile spiegazione? | L’esistenza di un quarto neutrino, detto sterile |
| Cosa dice il nuovo studio? | La previsione teorica della cattura dei neutrini potrebbe essere sovrastimata |
| Di quanto può cambiare il calcolo? | Fino a circa il 20% in alcune descrizioni fisicamente plausibili |
| Il mistero è risolto? | Non ancora: servono ulteriori calcoli nucleari |
| Il neutrino sterile è escluso? | No. Il lavoro mostra che questa anomalia potrebbe non richiederlo |
Cos’è un neutrino sterile?
Il neutrino sterile è una particella ipotetica.
A differenza dei tre neutrini conosciuti, non interagirebbe attraverso la normale forza nucleare debole. Potrebbe quindi essere estremamente difficile da osservare direttamente e manifestarsi principalmente attraverso la trasformazione, o oscillazione, degli altri neutrini.
La sua scoperta sarebbe importante perché indicherebbe l’esistenza di particelle non previste dal Modello Standard della fisica.
Il nuovo studio non dimostra che il neutrino sterile non esista: suggerisce soltanto che l’anomalia del gallio non rappresenta necessariamente una prova della sua presenza.