Lesya Shchutska vuole dimostrare l'esistenza di neutrini pesanti

Alla ricerca di un mondo nascosto

Lesya Shchutska (pronuncia: Schutska) ha 33 anni e già professore di Fisica delle particelle elementari presso l'Istituto Federale Svizzero di Tecnologia di Losanna (EPFL). "Al momento non riesco a immaginare di fare qualcosa di diverso dalla fisica", afferma il ricercatore, che si occupa di particelle che finora esistono solo nelle menti dei fisici teorici.

In addition to teaching and research, the 33-year-old scientist knows how to make complex issues comprehensible to a broad audience in a simple language - for example, at continuing education events for teachers or at the EPFL Open Day. Photo: B. Vogel
Immagine: CHIPP, Switzerland

Era a febbraio 2018 quando Lesya Shchutska è stata invitata dall'EPFL a un'intervista per una cattedra. La scienziata era incinta e il colloquio proposto dall'università fu fissato praticamente il giorno previsto per il parto. "Certo", dice il ricercatore di 33 anni, "questo non era possibile, quindi le persone dell'università hanno trovato una soluzione e hanno suggerito un'altra data; sono molto grata a loro per quello." Ora la professoressa Shchutska è seduta in una stanza arredata in modo sobrio all'EPFL, una sistemazione provvisoria fino a quando non può trasferirsi nel suo ufficio il prossimo anno. Sua figlia ora ha un anno e mezzo. La scienziata mette entrambi sotto lo stesso cappello, figlio e carriera - grazie all'asilo nido che l'EPFL offre al suo staff e grazie al sostegno di suo marito, un fisico stesso.

Lesya - parliamo inglese, quindi ci chiamiamo per nome - è un fascio di energia. Le frasi le arrivano sulle labbra così rapidamente che l'ascoltatore deve mettere insieme tutta la sua concentrazione per seguire i suoi pensieri. La colorazione americana del suo inglese rivela qualcosa del suo tempo da postdoc: dal 2012 al 2017 ha lavorato al CERN di Ginevra nel gruppo di ricerca dell'Università della Florida. "Gli americani sono duri e orientati ai risultati", afferma Lesya. Non c'è dubbio che queste sono qualità che lei stessa apprezza e che corrispondono perfettamente al suo stile di lavoro personale.

Evidenza di neutrini pesanti

Lesya è un talento scientifico - questo è dimostrato dalla sua carriera veloce. Quando parla della sua attuale ricerca, si sospetta qualcosa dell'originalità del suo pensiero, anche se si tratta di argomenti difficili che un non fisico trova difficile da comprendere. Il punto di partenza del suo lavoro è la teoria dell'esistenza di neutrini pesanti. Mikhail Shaposhnikov, un fisico teorico dalla Russia che è un eminente professore all'EPFL, ha postulato l'esistenza di neutrini pesanti con una particolare configurazione di massa nel 2005 (il più leggero nella gamma keV, i due più pesanti nella gamma GeV). A differenza dei tre neutrini "normali", le particelle elementari non sono ancora state provate sperimentalmente. Proprio questa prova è il compito su cui Lesya ha lavorato negli ultimi anni e su cui continua a lavorare.

Quando Lesya vuole parlare della sua ricerca, si alza dalla sedia del suo ufficio, si ferma vicino alla lavagna e dà una piccola lezione di facile comprensione: inizia con i tre neutrini noti, il neutrino elettronico, il neutrino muone e il neutrino tau. I neutrini erano a lungo considerati senza massa. Da alcuni anni è noto che hanno una massa inferiore di dieci ordini di grandezza rispetto alla massa delle particelle partner elettrone, muone e tau. "Secondo la teoria di Mikhail Shaposhnikov, ciascuno dei neutrini leggeri noti ha un partner pesante. Chiamiamo questi partner N1, N2 e N3. Se queste particelle esistono, sarebbero la chiave per risolvere varie domande che ancora oggi non hanno risposta: di cosa è fatta la materia oscura? Perché c'è materia nell'universo, ma praticamente nessun antimateria? Perché i neutrini finora conosciuti hanno una massa così inimmaginabilmente piccola? A tutte queste domande, dice Lesya, si potrebbe rispondere confermando la teoria di Shaposhnikov.

Alternativa all'esperimento SHiP

È una prospettiva fantastica che Lesya disegna con alcune linee sulla sua lavagna. Se i tre fratelli pesanti - N1, N2 e N3 - potessero essere provati da prove sperimentali, i libri della moderna fisica delle particelle dovrebbero essere riscritti. Negli ultimi anni, Lesya è stata sostenuta nella sua ricerca da una sovvenzione del CER del Consiglio europeo della ricerca (CER). La prova non ha ancora avuto successo, ma il fatto che i risultati della ricerca sull'argomento siano già disponibili è notevole. Per la rilevazione dei tre neutrini pesanti, il cosiddetto esperimento SHiP doveva essere organizzato al CERN nel 2023. Questo esperimento ha incontrato un grande interesse per la comunità della fisica delle particelle - tra cui EPFL e le università di Ginevra e Zurigo - ma ha non è ancora cominciato per motivi finanziari.

Lesya non si è scoraggiata da questa battuta d'arresto. Ha trovato un altro modo per cercare i neutrini pesanti, usando l'esperimento CMS, che è in corso al CERN da oltre dieci anni e il cui rivelatore potrebbe eventualmente rilevare anche tracce di neutrini pesanti. Questo potrebbe accadere nel momento in cui i neutrini pesanti si trasformano nei loro fratelli leggeri. I fisici chiamano questo processo molto raro "miscelazione" (da non confondere con le oscillazioni subite dai neutrini leggeri e che sono state sperimentalmente provate per anni). "Finora non abbiamo dimostrato la mischelazione, ma non abbiamo ancora valutato tutti i dati CMS", afferma Lesya. "In futuro, vogliamo anche usare l'esperimento LHCb, un altro esperimento del CERN, per cercare le particelle". Quindi la sensazione potrebbe ancora accadere.

Studia all'eccellente MIPT

La nomina di Lesya all'EPFL nell'aprile di quest'anno è il culmine della sua carriera scientifica. La figlia di un ingegnere ucraino e uno scienziato informatico russo è cresciuta in un villaggio nell'Ucraina centrale. All'età di nove anni ha letto un libro di fisica. Da allora è strettamente legata alle scienze. Quando aveva 16 anni, la studentessa del liceo si unì alla squadra nazionale ucraina alle Olimpiadi di fisica in Indonesia e vinse la medaglia di bronzo. Sua madre avrebbe preferito che sua figlia diventasse un dottore, ma suo padre era dietro la sua carriera di fisico - aveva persino cambiato lavoro per consentire a Lesya di trasferirsi in una buona scuola superiore. Alla fine la giovane donna si trasferì a Mosca per i suoi studi. Voleva studiare fisica al MIPT (istituto di fisica e tecnologia) di Mosca.

Nel 2008, dopo sei anni, Lesya ha conseguito un master in fisica (specializzata in fisica delle particelle). Successivamente si è trasferita a Losanna presso l'EPFL e ha conseguito il dottorato con il Prof. Tatsuya Nakada, dove ha progettato un esperimento in mongolfiera per esplorare i raggi cosmici. Dopo aver completato il dottorato, ha colto coraggiosamente ogni opportunità che si presentava a lei: prima ha lavorato per cinque anni come post-dottorato all'università della Florida nell'esperimento CMS, poi dal 2017 come assistente senior nel gruppo di ricerca del Prof. Günther Dissertori (ETH Zurigo) fino a quando non è stata nominata professore all'EPFL nel 2019.

Una delle 100 donne più influenti

Nel maggio 2019 Lesya è stata insignita del 'Young Experimental Physicist Prize' dal
la società fisica europea. Il premio non ha solo portato a reazioni amichevoli a Losanna, ma ha anche suscitato scalpore nei media ucraini, riferisce Lesya. Una rivista ha prontamente elencato Lesya Shchutska tra le 100 donne più influenti in Ucraina. Ciò non era certo sbagliato: come professore di fisica delle particelle all'EPFL, la scienziata deve essere riconosciuta.

Autore: Benedikt Vogel

Lesya Shchutska teaches elementary particle physics to students at the ETH Lausanne. Photo: B. Vogel
Lesya Shchutska teaches elementary particle physics to students at the ETH Lausanne. Photo: B. VogelImmagine: CHIPP, Switzerland

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