Da Ginevra al Gran Sasso: oltre al “tunnel” dei neutrini

- di Carlo Cosmelli -

Questo non è un articolo scientifico, e neanche uno scoop giornalistico. Queste poche righe vogliono solo mettere alcuni punti fermi nella ridda di notizie, dichiarazioni, ipotesi e contro-ipotesi sui neutrini che viaggiano a velocità maggiore della luce. Chi volesse conoscere solo il significato dell’esperimento può leggere direttamente l’ultimo punto, “Cosa vuol dire”.

L’esperimento. Un gruppo di 160 ricercatori di tutto il mondo ha collaborato a un esperimento (il cui nome in codice è OPERA, Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) che ha come scopo lo studio dei neutrini. Il neutrino è la particella dotata di massa che interagisce di meno con la materia. Può attraversare la Terra, il Sole e migliaia di stelle senza quasi essere assorbito (non ha bisogno di nessun “tunnel” tanto per chiarirci). E la sua massa è talmente piccola che può viaggiare a una velocità praticamente uguale a quella della luce nel vuoto. I neutrini inoltre hanno la particolarità di essere di tre tipi diversi. L’esperimento vuole studiare le “oscillazioni” fra due diversi tipi di neutrini,  cioè il fenomeno per cui un neutrino nasce di un tipo (neutrino mu), e mentre viaggia nello spazio-tempo diventa di un altro tipo (neutrino tau). Per fare questo bisogna generare dei neutrini, farli viaggiare per un tratto abbastanza lungo, e poi rivelarli.
Ed è quello che è stato fatto al Cern(Ginevra): i neutrini sono stati generati e “sparati” verso l’Italia, in particolare verso il Gran Sasso, e sono stati rivelati con gli apparati dei laboratori INFN del Gran Sasso. Tutto qui(!).

I risultati. La velocità del neutrino è il rapporto fra la distanza percorsa (L) ed il tempo impiegato a percorrerla (t), quindi v(neutrino)=L/t. La misura L della distanza fra il CERN e il Gran Sasso, che è di circa 730 km, è stata  rilevata con grande precisione, ed è risultata L= 731278,0±0,2 m, dove il ±0,2 mvuol dire che l’incertezza del risultato è di 0,2 metri, cioè di 20 cm. Per la misura del tempo t si è ottenuto un valore di circa 2,43 millisecondi (ms); ma il dato importante è confrontare questo tempo con quello che avrebbe impiegato un fotone, cioè la luce, a percorrere la stessa distanza. La differenza ottenuta, cioè il tempo impiegato dai neutrini meno il tempo impiegato dalla luce è risultato:  t (neutrini)-t (luce)= -60,7 ± 6,9 ± 7,4  ns (nanosecondi, cioè miliardesimi di secondo). Dove il “-“ sta ad indicare che i neutrini ci hanno messo circa 60 ns  di meno, quindi sembrano  più veloci della luce. I due numeri ± 6,9 ± 7,4 ns stanno ad indicare l’incertezza della misura, cioè di quanto i ricercatori ritengono che il valore fornito possa essere “sbagliato”  per fluttuazioni statistiche o strumentazioni calibrate o qualunque altro “errore” possibile. Il fatto che il risultato ottenuto (-60 ns) sia molto maggiore dell’incertezza (6,9 e 7,4 ns) vuol dire che la misura viene ritenuta molto affidabile.

Cosa vuol dire. La teoria della relatività prevede che un “oggetto” con una massa diversa da zero non possa raggiungere né superare la velocità della luce. Al momento attuale i neutrini, dalle misure fatte in tutto il mondo negli ultimi 20 anni, risultano avere una massa piccolissima (al massimo 10^-36 kg) ma diversa da zero, quindi, secondo la teoria della relatività, non potrebbero raggiungere né superare la velocità della luce.
C’è da dire che, secondo la teoria, potrebbero esistere delle particelle cosiddette “superluminali” cioè con velocità maggiore di quella della luce (i tachioni). Ma al momento queste sono solo delle “soluzioni” matematiche di equazioni che descrivono lo spazio-tempo e le relative interazioni, e non sono mai stai osservate sperimentalmente. Inoltre queste “soluzioni” dovrebbero avere una massa “immaginaria”, quindi qualcosa di completamente differente da quanto osservato.
La situazione quindi è quella di avere osservato qualcosa di “impossibile” nel senso di non previsto dalla teoria attuale. Questo è successo varie volte nella storia dell’umanità, e le soluzioni sono solo due: o la misura è sbagliata, o è sbagliata la teoria. Nell’ultimo secolo, in realtà, di teorie “completamente sbagliate”, fra quelle accettate dalla comunità scientifica, non ve ne sono state. Quello che è successo, e succede in genere, è che venga scoperto un nuovo effetto che costringe a rivedere una parte della teoria. Mentre è successo spesso che vi fossero errori nelle misure. L’unico sistema per evitarlo o porci rimedio è far ripetere le misure da altre persone, in altri laboratori, con diversi strumenti, diverse tecniche per analizzare i dati. Se il risultato è confermato si può cominciare a dargli fiducia, altrimenti vuol dire che c’era un errore o un effetto non considerato e si corregge la misura, la strumentazione, la tecnica di analisi.  Ed è ciò che si farà per la misura della velocità dei neutrini. Tutte le speculazioni sul significato di quanto ottenuto al momento sono abbastanza inutili (a parte il divertimento intellettuale di parlarne). Nessuna misura al mondo verrà mai presa in considerazione se non è ripetibile e confermata da più persone. La fisica non è un miracolo, se non si ripete non ci si crede.

http://www.cronachelaiche.it/2011/10/da-ginevra-al-gran-sasso-oltre-al-tunnel-dei-neutrini/