Origine della massa dei neutrini: dai meccanismi Seesaw alle teorie di gauge estese

Il Modello Standard è la teoria fisica che descrive le interazioni fondamentali e tutte le particelle conosciute corroborata da numerose conferme sperimentali. Nonostante ciò non costituisce una teoria completa per la descrizione dei fenomeni fondamentali: non include l'interazione gravitazionale, non prevede alcuna plausibile particella di materia oscura, ma soprattutto non prevede la massa dei neutrini. Le oscillazioni di questi evidenziano che almeno due neutrini sono massivi rendendo necessaria un'estensione del Modello Standard. In questo elaborato viene presentato tale problema evidenziando dapprima la necessità di determinare la natura del neutrino, neutrino di Dirac o neutrino di Majorana, per una risposta coerente allo stesso. Dopodiché, ipotizzando una natura di Majorana del neutrino, nel linguaggio delle teorie di campo efficaci, vengono presentati i meccanismi Seesaw di Tipo I, II e III: eleganti soluzione teoriche che spiegano il valore ridotto della massa dei neutrini attraverso l'introduzione di opportuni gradi di libertà pesanti. Tuttavia i meccanismi non motivano l'introduzione di tali campi, sono pertanto necessari modelli di massa per i neutrini: quadri teorici in cui vengono esplicitate simmetrie, campi ed interazioni in modo reciprocamente coerente che implementano i meccanismi di cui sopra. Vengono dunque presentati il modello Left-Right Simmetrico, dove la parità è elevata a simmetria esatta e i meccanismi emergono da rotture spontanee di simmetria, e i modelli GUT, SU(5) e SO(10), in cui i gruppi di simmetria del Modello Standard sono i residui a bassa energia di un unico gruppo semplice G, dove i meccanismi emergono dalle rappresentazioni scelte per le teorie. Per i meccanismi e i modelli vengono presentati gli attuali limiti sperimentali e le prospettive future mettendo in risalto come il problema della massa dei neutrini rappresenti l'unica motivazione sperimentale diretta a giustificazione di un'estensione del Modello Standard.