Disquisizioni sulle ultime novità riguardo la struttura della materia

chiacchierata fra fisici. Uno, l’intervistatore e nostro collaboratore Luca Mazzuccato, giovane fisico di belle speranze (research assistant professor al Simons Center for Geometry and Physics dell’Università Stony Brook, NY) incontra l’altro, Shmuel Nussinov, decano della Scuola di Fisica e Astronomia all’Università di Tel Aviv (ha appena compiuto settant’anni), che gli confessa i suoi forti dubbi sul fatto che i neutrini possano viaggiare più veloci della luce. E non solo… (FS) CULTURA – Riserva sempre sorprese chiacchierare con Shmuel Nussinov. Nussinov spende molti mesi ogni anno in visita presso istituti di ricerca americani: l’Institute for Advanced Study a Princeton, Upenn, l’Università del Maryland e ora la Chapman University. I suoi consueti seminari al C. N. Yang Institute per la Fisica Teorica, a Stony Brook, sono un must e sarete certi di rimanere a bocca aperta. In occasione del suo recente settantesimo compleanno, Nussinov decise di farsi un regalo unico nel suo genere: pubblicare undici articoli di fisica teorica nella stessa settimana, sui più svariati argomenti. Dalla materia oscura, alla fisica dei neutrini, alla teoria dei grafi e quant’altro… Parliamo dell’esperimento sulla bocca di tutti: OPERA, nel laboratorio del Gran Sasso, che raccoglie un fascio di neutrini sparato dall’acceleratore di particelle al CERN di Ginevra, dopo aver attraversato 700 miglia di solida roccia come niente fosse. La collaborazione ha recentemente pubblicato un articolo, in cui chiedono alla comunità scientifica di verificare la loro analisi dei dati: i neutrini misurati avrebbero viaggiato più veloci della luce… Credi che questa sia la spiegazione? Sicuramente no. Ci sono molte ragioni per credere che le loro conclusioni siano sbagliate. Se i neutrini fossero più veloci della luce, come suggeriscono, la stessa anomalia si paleserebbe in un gran numero di altri esperimenti: ma questo non è successo! L’esempio più semplice è la fisica dei raggi cosmici, che possiamo misurare con estrema accuratezza. Una velocità superiore a quella della luce si traduce in una violazione dell’invarianza di Lorentz, il pilastro della relatività speciale di Einstein. Per esempio, i pioni osservati dal decadimento dei raggi cosmici, di solito non decadono quasi mai in un muone e un neutrino muonico. Ma nel caso raro in cui decadano in questo canale, assumendo per assurdo che questi neutrini fossero più veloci della luce, i “cattivi” neutrini muonici porterebbero sono una frazione infinitesima dell’energia, lasciando la maggior parte del bilancio energetico ai muoni. In contraddizione con le osservazioni dei raggi cosmici. Un’altra contraddizione, scoperta dal Nobel Sheldon Glashow e Andrew Cohen: se avessimo neutrini muonici di alta energia che viaggiano più veloci della luce, questi rilascerebbero coppie di elettroni-positroni, diminuendo la propria energia. L’ipotetico fascio di particelle perderebbe una grossa quantità di energia in questo modo. Questo sarebbe in conflitto chiaro e lampante con una serie di esperimenti dalle misurazioni estremamente affidabili. Quali potrebbero essere le spiegazioni alternative? Non mi viene in mente nessuna soluzione possibile che sia consistente con tutti gli altri esperimenti allo stesso tempo… Si tratta probabilmente di un errore sistematico di cui non si è tenuto conto. In ogni caso, altri esperimenti in tutto il mondo stanno cercando di riprodurre i risultati di OPERA, quindi non ci resta di aspettare e vedere! Parliamo ora di materia oscura. Il candidato più ovvio per la materia scura era una particella chiamata neutralino, predetta dalle teorie di supersimmetria. Per il momento, tuttavia LHC non l’ha ancora osservata… La caccia alla materia oscura è un campo in cui i nostri progressi sono molto veloci – ma certo non più veloci della luce! Ma è certamente vero che, se la materia oscura fosse dovuta alla particella supersimmetrica chiamata neutralino, dovrebbe essere già stata prodotta e osservata da LHC, oltre ad essere già scoperta nei numerosi rivelatori sotterranei di materia oscura in molte parti del mondo. E invece, non ve n’è traccia alcuna… Quali altri candidati per la materia oscura ci sono? Oltre a versioni sofisticate della stessa teoria supersimmetrica, che contengono più super-partners del modello supersimmetrico più semplice, ci sono altri rivali di rango, come il cosiddetto “technicolor.” Quindi, per il momento non c’è motivo di preoccuparsi. Immaginiamo che LHC non scorga traccia della materia oscura. Cosa dovremmo concludere in quel caso? Lasciar perdere? Neanche per idea! Potrebbe darsi, per esempio, che la materia oscura sia nient’altro che un tipo di neutroni in incognito, che noi non riusciamo a vedere, come ho proposto nel mio seminario a Stony Brook. Supponiamo che esistano “neutroni specchio” e che i neutroni che tutti conosciamo (quelli che stanno nel nuclei degli atomi della tavola periodica) compiano delle oscillazioni avanti e indietro in queste nuove specie di neutroni specchio. Proprio come i neutrini, che oscillano avanti e indietro tra diversi flavors. Se le particelle specchio interagissero con noi solo attraverso la gravità, ho calcolato che queste potrebbero benissimo spiegare la quantità di materia oscura mancante. Sembra che i fisici abbiano riposto le loro speranze per spiegare la fisica di LHC in nuovi fenomeni come la supersimmetria, le dimensioni extra o il technicolor, nessuno dei quali si sta verificando. Questo trend si è ripetuto spesso negli ultimi trent’anni, con la mancanza di nuove osservazioni, portando alla creazione di modelli sempre più barocchi. Sembra quasi che stiamo riscostruendo una sorta di sistema tolemaico… Non posso darti torto su questo punto. Ma dovresti ricordarti delle quindici e più particelle “barocche” predette dal Modello Standard negli anni settanta e infine osservate con precision… Forse è la natura stessa ad amare lo stile barocco!