Per oltre 30 anni l'anomalia del gallio ha sfidato la fisica delle particelle con una significatività statistica superiore a 5 sigma, la soglia che in fisica vale come prova di scoperta. Il 24 settembre 2026 un gruppo di sei ricercatori firmato tutto in Italia ha pubblicato su Physical Review Letters una spiegazione che non richiede nuova fisica: potrebbe essere solo un'approssimazione nei calcoli teorici.
Dal Gran Sasso al Baksan, il deficit del 20% dei neutrini
L'anomalia nasce negli anni Novanta negli esperimenti GALLEX, attivo dal 1991 al 1997 ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell'INFN, e SAGE, operativo al Baksan Neutrino Observatory in Russia. Entrambi usavano grandi quantità di gallio per studiare la cattura dei neutrini elettronici: quando un neutrino colpiva un nucleo di gallio-71 si creava un elettrone e il nucleo si trasformava in germanio-71, un atomo che veniva poi contato per risalire al numero di neutrini catturati.
Il problema: il conteggio tornava sistematicamente inferiore di circa il 20% rispetto alle previsioni teoriche. L'esperimento BEST, sempre al Baksan, ha confermato il deficit più di recente, portando la significatività statistica sopra le 5 deviazioni standard. Per anni l'ipotesi dominante è stata l'esistenza di una quarta specie di neutrino, il neutrino sterile, che aprirebbe uno scenario oltre il Modello Standard. Il parallelo con altri gialli della scienza, come i due studi che accorciano la strada alla vita su Encelado, mostra quanto a lungo possano resistere domande apparentemente semplici.
Perché cambia la prospettiva: non serve una nuova particella
Lo studio pubblicato il 24 settembre su Physical Review Letters, e segnalato come Featured in Physics propone una strada diversa. I sei autori lavorano cinque fra la sezione INFN e l'Università di Cagliari (Matteo Cadeddu, Nicola Cargioli, Francesca Dordei, Luca Ferro, Matilde Pitzalis) e uno alla sezione INFN di Torino (Carlo Giunti, nome di riferimento mondiale per le anomalie dei neutrini). Il gruppo ha rivisto l'approssimazione standard usata nei calcoli della sezione d'urto di cattura del neutrino.
La trattazione convenzionale separa le funzioni d'onda di neutrino ed elettrone dalla descrizione di ciò che accade dentro il nucleo e assume che restino sostanzialmente costanti nel volume nucleare. Il nuovo calcolo, basato su densità di transizione di Gamow-Teller vincolate dalla vita media del germanio-71 misurata sperimentalmente, abbandona la semplificazione e considera la variazione spaziale delle funzioni d'onda nella regione nucleare. Il risultato: per alcune descrizioni nucleari fisicamente plausibili la probabilità di cattura prevista si riduce del 20% circa, cioè quanto serve per far coincidere teoria e dati di GALLEX, SAGE e BEST.
In pratica, un'anomalia che per decenni ha ispirato esperimenti e congressi su una possibile nuova fisica potrebbe svanire riscrivendo meglio un pezzo di matematica nucleare. Non è ancora una prova definitiva: come ricorda Luca Ferro nel comunicato dell'INFN sulla possibile soluzione dell'anomalia, il passo successivo saranno i calcoli microscopici di struttura nucleare per i nuclei di gallio e germanio. Un cambio di prospettiva analogo si è visto di recente nel gap di longevità fra uomini e donne spiegato dai cromosomi X e Y: un dato osservato per decenni ha trovato di recente una lettura teorica diversa.
Cosa cambia per la fisica dei neutrini oltre il gallio
Se la correzione teorica venisse confermata, l'effetto non si fermerebbe qui. Lo stesso meccanismo, cioè la variazione spaziale delle funzioni d'onda leptoniche nel volume del nucleo, può incidere su altri processi deboli: cattura elettronica, decadimento beta e diffusione neutrino-nucleo. Molte misure di precisione usate per vincolare parametri del Modello Standard potrebbero richiedere una rilettura. Un segnale che un dato robusto può cambiare quando si rivede il modello si è visto anche nello studio sulle cellule anti-cancro che si quadruplicano dopo i 100 anni.
Il peso dell'Italia nel capitolo è notevole. L'esperimento che ha fatto emergere il deficit, GALLEX, è stato realizzato ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso con un ruolo guida dell'INFN fra il 1991 e il 1997. Trent'anni dopo la possibile spiegazione teorica arriva ancora dall'INFN, con un asse Cagliari-Torino e un dottorando dell'Università di Cagliari fra gli autori. Se verrà confermata, la chiusura dell'anomalia del gallio resterà un dossier italiano dall'inizio alla fine.
La verifica passa adesso dai calcoli microscopici di struttura nucleare che il gruppo di Cagliari sta preparando. Il risultato dirà se vale ancora la pena cercare il neutrino sterile o se il quarto neutrino non esiste e la fisica delle particelle può chiudere un capitolo aperto nel 1991.
Domande frequenti
Cos'è l'anomalia del gallio e come è stata scoperta?
L'anomalia del gallio è un deficit di circa il 20% nel numero di neutrini elettronici catturati rispetto alle previsioni teoriche, osservato per la prima volta negli anni Novanta negli esperimenti GALLEX e SAGE. Questi esperimenti utilizzavano grandi quantità di gallio per misurare la cattura dei neutrini e il risultato è stato confermato più recentemente dall'esperimento BEST.
Qual era la spiegazione principale proposta in passato per questa anomalia?
Per anni, la spiegazione principale è stata l'esistenza di una quarta specie di neutrino, il neutrino sterile, che avrebbe rappresentato una scoperta oltre il Modello Standard della fisica delle particelle.
In cosa consiste la nuova spiegazione proposta dai ricercatori italiani?
La nuova spiegazione suggerisce che l'anomalia sia dovuta a un'approssimazione nei calcoli teorici della sezione d'urto di cattura del neutrino. Considerando la variazione spaziale delle funzioni d'onda all'interno del nucleo, la probabilità di cattura prevista si riduce del 20%, allineando i dati sperimentali con le nuove previsioni.
Quali implicazioni avrebbe la conferma di questa correzione teorica?
Se la correzione teorica venisse confermata, potrebbe influire su altri processi deboli come la cattura elettronica, il decadimento beta e la diffusione neutrino-nucleo, richiedendo una rilettura di molte misure di precisione utilizzate nella fisica delle particelle.
Qual è il prossimo passo per verificare questa nuova spiegazione dell'anomalia del gallio?
Il prossimo passo consiste nei calcoli microscopici di struttura nucleare per i nuclei di gallio e germanio, che il gruppo di ricerca di Cagliari sta preparando. Questi calcoli determineranno se la nuova spiegazione è corretta e se sarà ancora necessario cercare il neutrino sterile.
Qual è stato il ruolo dell'Italia nella scoperta e nella possibile soluzione dell'anomalia del gallio?
L'Italia ha avuto un ruolo centrale sia nella scoperta dell'anomalia con l'esperimento GALLEX ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso sia nella proposta della nuova soluzione teorica, sviluppata da ricercatori affiliati a INFN e Università di Cagliari e Torino.
