La solitudine dei neutrini.

Troppo di rado ci siamo occupati di scienza, in queste pagine. L’esperimento OPERA ci offre l’occasione per rimediare a queste lacune. E, in perfetto stile mumblaro, non ci rivolgeremo a teste canute e titolate per trattarne, ma a studenti che sanno il fatto loro. Questo è Antonio Fornieri, studente magistrale presso la Facoltà di Fisica dell’Università di Pisa.

Fin dalla formulazione dell’ipotesi della loro esistenza, i neutrini hanno creato difficoltà ai fisici. Le loro caratteristiche li fanno assomigliare a ragazzini problematici e schivi, refrattari agli interessi degli adulti che vorrebbero ascoltarli, aiutarli, capire i loro problemi per capire meglio tutta la psicologia umana. Fuor di metafora, il neutrino è una particella elementare neutra (priva di carica elettrica) e di massa non nulla (doppia negazione eufemistica usata al posto di “abbiamo solo una vaga idea della loro massa, che dovrebbe essere molto piccola, ma diversa da zero”). La mancanza di carica elettrica implica che il neutrino non risente di effetti dovuti ai campi elettromagnetici, la massa minuscola fa sì che la gravità non gli faccia nemmeno il solletico ed infine l’aggettivo elementare sta ad indicare l’impossibilità di decomporlo in altre particelle di energia minore. Il neutrino è dunque in grado di interagire con altre particelle solo mediante la forza debole (ossimoro che indica la più moscia delle interazioni fondamentali conosciute) e di conseguenza si può capire quanto possa essere difficile accorgersi della presenza dei neutrini, nonostante dal Sole ne arrivino 65 milioni al secondo per ogni centimetro quadrato (quasi tutti attraversano la Terra come se non ci fosse). Essi infatti furono osservati sperimentalmente per la prima volta soltanto a metà degli anni Cinquanta. In queste settimane i neutrini sono diventati più famosi dei Red Hot Chili Peppers, grazie all’esperimento OPERA del CERN in collaborazione con i Laboratori Nazionali del Gran Sasso. Negli ultimi 3 anni l’esperimento si è occupato della misura del tempo di volo di un fascio di neutrini attraverso la crosta terrestre che separa Ginevra dal Gran Sasso (e no, non è stato necessario costruire un tunnel). I neutrini vengono prodotti in un acceleratore di particelle del CERN, dove un fascio di protoni viene fatto schiantare contro un bersaglio di grafite, generando varie particelle che tramite magneti vengono indirizzate nella direzione del Gran Sasso e che, decadendo, danno origine ai neutrini. I Laboratori del Gran Sasso sono tra i più avanzati al mondo per il rilevamento di neutrini: essi sfruttano una copertura di 1400 metri di roccia per schermare gran parte della radiazione cosmica che investe la superficie del nostro pianeta e che renderebbe l’osservazione dei neutrini paragonabile all’ascolto della risata di una formica a un rave party. Il fascio prodotto al CERN raggiunge in pochi millisecondi i due rivelatori di neutrini di OPERA, costituiti da due blocchi di 650 tonnellate di piombo, infarciti di emulsioni fotografiche, scintillatori e altre diavolerie. Sebbene dal punto di vista teorico l’esperimento sia tra i più semplici in assoluto (velocità uguale spazio fratto tempo), dal punto di vista pratico si è rivelato uno dei più complessi mai realizzati. La distanza percorsa dai neutrini è stata misurata con la massima precisione possibile via satellite GPS, tenendo conto perfino della deriva dei continenti e dei terremoti (in particolare quello in Abruzzo dell’aprile 2009). La misura ottenuta è di 731 chilometri e 287 metri, con soli 20 centimetri di incertezza. Il tempo di volo è stato cronometrato con orologi atomici sincronizzati via satellite e sono stati tenuti in conto tutti i “tempi di reazione” degli strumenti utilizzati nella misura. Alla fine è stato misurato l’arrivo dei neutrini con un anticipo di 61 nanosecondi (con 14 nanosecondi di incertezza) sul tempo che avrebbero impiegato le particelle se fossero state trasferite alla velocità della luce. Dalla formulazione della teoria della relatività speciale di Einstein nel 1905, la velocità della luce ha sempre rappresentato una di quelle costanti intoccabili della fisica, un limite incrollabile per qualsiasi oggetto fisico che trasporta informazione. La relatività ha spiegato una moltitudine di fenomeni ed è comprensibile se da parte dei fisici di tutto il mondo la reazione più comune alla scoperta di OPERA sia stata lo scetticismo. In poche settimane sono state pubblicate decine di articoli che tentano di trovare falle nelle operazioni di misura effettuate o nell’analisi dei dati. Alcuni hanno dimostrato l’impossibilità teorica del fenomeno, pochi hanno tentato di spiegarlo. Il premio Nobel Steven Weinberg ha affermato che “è difficile credere che il limite della relatività sia stato realmente abbattuto, visti gli incredibili problemi di misura sui neutrini e l’enorme quantità di dati che mostrano come nessun’altra particella viaggi più veloce della luce: sarebbe come se qualcuno dicesse che in fondo al suo giardino ci sono le fate, ma queste possono essere viste solo nelle notti più scure e nebbiose.” La scoperta della massa diversa da zero dei neutrini aveva già minato la credibilità del Modello Standard delle particelle elementari, secondo cui essi non avrebbero dovuto essere massivi. Se però i risultati sulla loro velocità fossero confermati, gran parte della fisica teorica moderna dovrebbe essere riformulata, perché uno dei principi cardine su cui è impostata non sarebbe più verificato in ogni evento. Fu proprio Einstein ad affermare: “Non esiste destino migliore di una teoria scientifica che quello di sopravvivere come caso particolare di una teoria più generale.” Tuttavia la difficoltà dell’esperimento e l’enorme quantità di possibili fonti di incertezza che lo affliggono richiedono inevitabilmente una conferma empirica da parte di progetti indipendenti, come quelli che si stanno programmando negli USA e in Giappone. Solo da ulteriori misure sperimentali si potrà avere una conferma attendibile dei risultati di OPERA.

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