Il ruolo delle reazioni nucleari come strumento per la fisica oltre il Modello Standard

È stata pubblicata recentemente sulla prestigiosa rivista scientifica internazionale Progress in Particle and Nuclear Physics, specializzata nel settore della Fisica delle particelle e della Fisica nucleare, una review su invito dell'editore che descrive i recenti risultati scientifici dei progetti NUMEN e NURE.

Gli autori principali dell’articolo sono il Prof. Francesco Cappuzzello del DFA e la Dott.ssa Manuela Cavallaro dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare - Laboratori Nazionali del Sud di Catania. Inoltre, fra gli autori si evidenziano i colleghi C. Agodi, I.J. Bellone, S. Burrello, S. Calabrese, D. Carbone, M. Colonna, D. Gambacurta, O. Sgouros, V. Soukeras, A. Spatafora, della comunità Catanese di fisica nucleare.

L'articolo descrive lo stato dell'arte della ricerca nel settore delle reazioni nucleari di doppio scambio di carica. Tali processi, indotti nelle collisioni fra proiettili accelerati e bersagli, determinano la trasformazione all'interno di un nucleo di due neutroni in due protoni (o viceversa). La transizione nucleare è del tutto simile a quella determinata spontaneamente nei decadimenti radioattivi di tipo doppio beta. Le reazioni sono processi stimolati dall'interazione forte, mentre i decadimenti beta sono mediati dall'interazione debole. Malgrado tale fondamentale differenza, esistono forti analogie formali e recenti riscontri sperimentali, evidenziati da NUMEN e NURE, che permettono di mettere in relazione quantitativa la risposta nucleare nei due casi, come discusso nell’articolo. Tale risposta è rappresentata da uno specifico elemento di matrice di transizione, per cui quanto detto sopra segnala che è possibile trovare delle corrispondenze fra tali elementi di matrice.

NUMEN rappresenta oggi, a livello internazionale, il progetto più ambizioso che sta percorrendo tale strada ed è senz'altro ben collocato a livello di strategia europea di ricerca. In tale contesto si pone anche il progetto NURE dell'European Reasearch Council (Grant Agreement ERC 714265) perfettamente sinergico a NUMEN.

Oggi la ricerca del decadimento doppio beta dei nuclei senza emissione di neutrini assume un ruolo centrale come risorsa per l'esplorazione della Fisica oltre il Modello Standard delle particelle elementari e come strumento di indagine per determinare la natura di Dirac o Majorana dei neutrini, nonché la massa di tali particelle. Tuttavia, tali processi non sono stati osservati e la determinazione degli elementi di matrice è affetta da significative incertezze malgrado i grandi sforzi profusi negli ultimi decenni. Si comprende quindi l'interesse per processi come le reazioni di doppio scambio di carica, che rappresentano una nuova e promettente metodologia per una determinazione accurata di queste grandezze.

L’originalità delle ricerche condotte a Catania in tale contesto della Fisica delle interazioni fondamentale, con chiara evidenza per il DFA, è all'origine dell'invito dell'Editor.