Il neutrino supera la velocità della luce

Le immagini di questo articolo sono state tratte da: http://carlbrannen.wordpress.com/ e modificate solo nel colore.

Ricercatori del CERN di Ginevra, dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare italiano (INFN)- Laboratorio del Gran Sasso, guidato dall’italiano Antonio Ereditato, hanno osservato che i neutrini possono viaggiare ben oltre la velocità della luce.

Le particelle hanno attraversato i 730 chilometri che separano il CERN dal Laboratorio italiano del Gran Sasso ad una velocità superiore a c, considerata un limite insuperabile.

La velocità dei neutrini è stata misurata da OPERA, che fa parte dell’Esperimento CNGS (Cern NEutrinoS to Gran Sasso) dove un fascio di neutrini viene lanciato dal CERN verso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso, dell’INFN. Il risultato è che i neutrini viaggiano ad una velocità di circa 60 nanosecondi superiore a quella della luce (1 nanosecondo è pari ad un miliardesimo di secondo, 10^-9 s).

Sono stati necessari tre anni di ricerca per verificare le misure di altissima precisione. I dati provengono da misure effettuate da OPERA nel 2009, 2010 e 2011 e che hanno portato a una conclusione davvero interessante che, se verrà confermata, potrebbe rivoluzionare le fondamenta della fisica. «Abbiamo passato sei mesi solo a rifare i calcoli», ha raccontato Dario Autiero, responsabile dell’analisi delle misurazioni. Per verificare i dati sono stati presi in considerazione la deriva dei continenti e gli effetti del terremoto dell’Aquila del 2009. «Ora siamo abbastanza sicuri dei nostri risultati», conclude Ereditato, «ma vogliamo che altri colleghi possano verificarli e confermarli».

Il 2 ottobre 2007 venne fotografato il primo evento prodotto da uno dei neutrini tra i molti milioni arrivati al Gran Sasso dal CERN di Ginevra, coprendo i 730 chilometri di distanza tra i due prestigiosi laboratori di fisica. Il fascio di neutrini, sparato dal CERN, attraversò mezza Italia sottoterra e, grazie alla curvatura terrestre, riemerse proprio lì, sotto il Gran Sasso, dove vennero analizzati.

I netrini sono particelle elementari, le più piccole che conosciamo, e che interagiscono pochissimo con la materia, nel senso che possono attraversare la materia quasi senza essere disturbate dagli atomi che la compongono. E’ per questo motivo che noi non ci rendiamo conto della loro presenza, anche se dalla nostra stella, il Sole, arrivano sulla Terra qualche miliardo di neutrini per centimetro quadrato ogni secondo.
Fino a qualche tempo fa si supponeva che il neutrino fosse privo di massa. Ora l’obiettivo è capire se il neutrino ha o meno massa per avere una maggiore conoscenza su come si sia formato il nostro Universo e capire quale ruolo posso avere nella materia oscura di cui sembra pieno l’universo e che non riusciamo a osservare, proprio perchè è oscura.
Di neutrini ne esistono tre tipi: elettronico, mu e tau (dalle lettere greche con cui vengono definiti).

Sul finire degli anni Cinquanta del secolo scorso l’astrofisico italiano Bruno Pontecorvo ebbe un’importante intuizione: se il neutrino fosse dotato di massa, esso sarebbe soggetto al fenomeno fisico dell’oscillazione, ossia qualunque tipo di neutrino potrebbe trasformarsi, viaggiando nello spazio, negli altri due tipi. L’esperimento del Gran Sasso ha come base proprio questa intuizione, o teoria di Pontecorvo. Il fascio di neutrini che parte dal Gran Sasso è composto di neutrini di tipo mu, e se fossero dotato di massa, durante il loro viaggio si trasformerebbero continuamente. In un fascio di netrini di tipo mu si vuole cercare di vedere se questi si trasformano in parte in neutrini di tipo tau.

Per riuscire a trovare questi neutrini nel fascio di neutrini si deve sparare nella giusta direzione un fascio di particelle molto concentrato, che, dal CERN di Ginevra arriva al Gran Sasso con un diametro di circa 800 metri. Perchè la probabilità che un neutrino si trasformi da mu a tau sia alta, bisogna che il percorso sia alto. Al Gran Sasso, i neutrini vengono raccolti in 1500 tonnellate di materia contro cui le particelle si scontrano. E’ il bersaglio OPERA, formato da 156 mila mattoncini composto di vari strati di piombo e di emulsioni e che si può immaginare come un’immensa pellicola fotografica. Una volta che il neutrino arriva e interagisce nel mattoncino di OPERA produrrà il leptone tau, una particella  carica con un tempo di vita molto piccolo e che decadrà in altre particelle. La particella lascerà un’impronta sul mattoncino che verrà misurata con una precisione micrometrica. Per capire dove il neutrino è andato a finire, ossia quale mattoncino ha colpito, vi sono dei particolari rivelatori elettronici che segnalano dov’è avvenuta l’interazione.

I neutrini muonici si muovono dunque, in base alle ultime scoperte, con una velocità leggermente superiore a quella della luce. Ma per il momento è ancora presto per dare una risposta definitiva e bisogna aspettare le conferme dal mondo della ricerca internazionale. Ci sono almeno tre importanti fondi di errori nelle misure: la misura della distanza percorsa, il tempo di percorrenza e il cosiddetto “time structure of the accelerator”, ossia capire come giocano i protoni che producono i neutrini negli acceleratori in questi esperimenti.

«Abbiamo sincronizzato la misura dei tempi tra il Cern e il Gran Sasso con un’accuratezza al nanosecondo e abbiamo misurato la distanza tra i due siti con una precisione di 20 centimetri», ha affermato Dario Autiero il ricercatore che ha presentato i dati al CERN nella conferenza stampa di qualche giorno fa. «Nonostante le nostre misure abbiano una bassa incertezza sistematica e un’elevata accuratezza statistica – ha aggiunto – e la fiducia riposta nei nostri risultati sia alta, siamo in attesa di confrontarli con quelli provenienti da altri esperimenti».

Forse le dimensioni non sono solo quattro (tre dimensioni spaziali e una quarta temporale) oppure la velocità della luce non è un limite invalicabile. Einstein elaborò una teoria più generale di quella di Newton, e che a sua volta non è probabilmente completa. Forse la teoria di Einstein potrebbe essere valida solo in alcuni ambiti e non in altri, e bisogna perciò formulare una teoria più generale della Teoria della Relatività einsteniana. «Einstein non muore», afferma il Presidente dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Roberto Petronzio. E’ sicuramente una scoperta che «potrebbe avere conseguenze enormi, cambiando il nostro modo di vedere l’universo».

«I fenomeni osservati – continua Petronzio – non riguardano certamente la vita di tutti i giorni. Bisogna considerare che la Teoria della Relatività di Einstein coinvolge effetti su larga scala, misurati sulle distanze cosmiche. [...] È come pensare a far scorrere la mano su una superficie liscia al tatto, ma che vista a livello atomico è un colabrodo. La mano però ha una dimensione tale da non percepire la realtà al livello degli atomi».

«Adesso ci sarà un’ondata di scetticismo, come è sempre accaduto per tutte le grandi scoperte. Basti pensare – aggiunge – che la teoria sull’effetto fotoelettrico che portò Einstein ad avere il Nobel all’inizio era stata bollata come bizzarra». Non c’è però dubbio che, se la teoria sarà confermata, «lavoreremo su questo per anni perchè ha una portata fondamentale» conclude Petronzio.

OPERA è un esperimento che coinvolge circa 160 ricercatori di 11 paesi: l’Italia e la Svizzera ovviamente, e vari Istituti di Belgio, Corea, Croazia, Francia, Germania, Giappone, Israele, Russia e Turchia.

Comunicato stampa del CERN di Ginevra: http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2011/PR19.11E.html
Aticolo originale: “Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam” by The OPERA Collaboraton: T. Adam, N. Agafonova, A. Aleksandrov, O. Altinok, P. Alvarez Sanchez, S. Aoki, A. Ariga, T. Ariga, D. Autiero, A. Badertscher, A. Ben Dhahbi, A. Bertolin, C. Bozza, T. Brugiére, F. Brunet, G. Brunetti, S. Buontempo, F. Cavanna, A. Cazes, L. Chaussard, M. Chernyavskiy, V. Chiarella, A. Chukanov, G. Colosimo, M. Crespi, N. D’Ambrosios, Y. Déclais, P. del Amo Sanchez, G. De Lellis, M. De Serio, F. Di Capua, F. Cavanna, A. Di Crescenzo, D. Di Ferdinando, N. Di Marco, S. Dmitrievsky, M. Dracos, D. Duchesneau, S. Dusini, J. Ebert, I. Eftimiopolous, O. Egorov, A. Ereditato, L.S. Esposito, J. Favier, T. Ferber, R.A. Fini, T. Fukuda, A. Garfagnini, G. Giacomelli, C. Girerd, M. Giorgini, M. Giovannozzi, J. Goldberga, C. Göllnitz, L. Goncharova, Y. Gornushkin, et al. (117 additional authors) su ArXiv: http://arxiv.org/abs/1109.4897 ; l’articolo in pdf è disponibile su: http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1109/1109.4897.pdf

Fonte delle interviste:
L’Unità: http://www.unita.it/scienza/la-conferma-del-cern-i-neutrini-piu-veloci-della-luce-1.334797
La Repubblica: http://www.repubblica.it/scienze/2011/09/22/news/neutrini_pi_veloci_della_luce_studio_italiano_supera_einstein-22085384/
Il Mattino: http://www.ilmattino.it/articolo.php?id=163992&sez=SCIENZA
Ulteriori informazioni sul neutrino: http://carlbrannen.wordpress.com/2008/06/21/neutrino-oscillation-or-interference/ da cui ho tratto le immagini di questo post.

Un’intervista interessante al ricercatore Fabrizio Tamburini dell’Università di Padova la potete trovare su:

http://video.virgilio.it/neutrini-l-astrofisico-tamburini-relativita-non-in-discussione__1191376220001.html?fb_ref=shrbox_recommend&fb_source=profile_oneline

Sabrina