Che cosa sono i neutrini e cosa è successo nell’esperimento tra il Cern e i laboratori del Gran Sasso

Sono giorni che sui giornali e sui media si susseguono notizie, articoli e comunicati stampa più o meno seri circa la notizia secondo cui il famoso limite invalicabile della velocità della luce sarebbe stato superato. Questo dato scaturisce da misurazioni effettuate durante l’esperimento O.P.E.R.A.

Media_httpoperaweblng_kmqsi

(Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus). OPERA è un progetto internazionale guidato dai ricercatori italiani dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN). Lo scopo dell’esperimento OPERA è quello di studiare un particolare comportamento di una particella elementare chiamata neutrino.

A scuola ci hanno insegnato che tutta la materia è fatta da atomi e che questo è il componente alla base di tutta la materia, ma le cose non stanno proprio così! L’atomo ha una sua struttura interna, è composto da particelle più semplici dette particelle subatomiche. La fisica delle particelle e la meccanica quantistica sono elementi fondamentali per lo studio della struttura della materia.

Ma cosa è un neutrino? Il neutrino è una particella che reagisce poco con la materia (ci passa attraverso), ha massa quasi nulla e non ha carica elettrica, in pratica una particella praticamente inafferrabile. Anche ora che state leggendo questo articolo, il vostro corpo è attraversato da miliardi di queste particelle che provengono dall’Universo, in particolare sono fonte di neutrini il collasso delle supernove (la morte delle stelle) ma esistono anche neutrini che vengono generati dal sole o neutrini che provegono dalla radioattività della terra.

La sua esistenza, prima fu solo supposta e poi come molte volte succede nella ricerca scientifica avvenne la verifica e la scoperta della sua esistenza. L’affascinante storia dei Neutrini inizia tanti anni fa intorno al 1930, in questo documentario prodotto dal CERN viene raccontata tutta la storia su questa particolare particella, se avete 40 minuti liberi, ve ne consiglio la visione, dopodichè il neutrino non avrà più segreti per voi 🙂


(documentario “A Caccia di Neutrini” – CERN)

Esistono 3 famiglie di neutrini:

  1. elettronico
  2. muonico 
  3. tauonico

(e tre corrispettivi antineutrini). Un neutrino durante la sua esistenza può cambiare e passare da uno famiglia all’altra trasformandosi, questa teoria fu proposta dal fisico italiano Bruno Pontecorvo nel 1962, in particolare questo comportamento viene descritto attraverso la meccanica quantisica e prende il nome di “oscillazione”.

Per studiare l’effetto “oscillazione” diversi anni fa si è ideato un grandiso progetto di nome CNGS (Cern Neutrinos to Gran Sasso) che proverò a descrivere di seguito anche per far chiarezza ai non addetti ai lavori. Tutto nasce da un accelleratore di particelle che si trova al CERN di Ginevra, questo è composto da un tunnel in cui vengono accellerati e fatte collidere particelle ad una velocità vicina a quella della luce il risultato dello scontro sono particelle a massa/energia superiore che decadono in altre particelle figlie.

  • l’accelleratore di particelle crea un insieme (fascio) composto da neutrini muonici (quelli della famiglia 2) 
  • il fascio viene puntato in direzione del Laboratorio Nazionale del Gran Sasso in Italia.
  • i neutrini impiegano circa 3 millisecondi a percorre i 730km di distanza ed arrivare in italia dove vengono catturati dal rilevatore OPERA creato per rilevare neutrini della terza famiglia, quelli tautonici.

Riassumendo:

il tutto è stato costruito per riuscire a rilevare per la prima volta la comparsa di neutrini tau dalla (oscillazione) di neutrini muonici durante il loro viaggio 3 millisecondi da Ginevra al Gran Sasso.

Il via al grandioso esperimento è stato dato nel 2008 e finalmente il 31 maggio del 2010 il neutrino tau è stato catturato dando quindi dimostrazione della teoria fatta nel 1962 da Pontecorvo. Durante questi anni sono stati registrati moltissimi dati e alcuni contrastanti hanno generato la notizia della settimana, ovvero che sarebbe stata registrata per i neutrini catturati da OPERA una velocità superiore anche se di poco a quella della luce. Quella che è stata registrata da OPERA è in realtà una velocità media e statistica dei fasci che sono stati inviati dal CERN e che sono stati catturati dal 2008 ad oggi. 

Questa informazione che non si trova sui giornali, già ridimensiona la cosa, bisogna essere sicuri che le condizioni siano sempre state le stesse durante i vari anni! Ovviamente il sistema di misurazione è molto complesso ma la sintesi è questa ovvero che è stato verificato un tempo di percorrenza dei neutrini che partono dall’accelleratore del CERN e arrivano ai laboratori del Gran Sasso di circa 61 nanosecondi più veloce di quello che ci metterebbe la luce nel vuoto a percorrere la stessa distanza.

Come si sa la velocità? La velocità si calcola distanza percorsa diviso il tempo impiegato. La distanza è di 730km ovvero i chilometri che dividono precisamente l’invio del fascio di neutroni e l’arrivo al Gran Sasso è calcolata con un margine di errore di 20 centimetri, il tempo viene calcolato facendo anche uso di orologi atomici. Senza contare altre possibili variabili che ci possono essere a questi livelli di precisione se ne deduce che ci possono essere troppi possibili errori su curve di ditribuzione probabilistiche e possibili errori dovuti alla strumentazione.

Prima di gridare alla rivoluzione della Teoria della Relatività bisognerà aspettare molto, e utilizzare il buon vecchio metodo scientifico ovvero un fenomeno è reale se è possibile riprodurlo. Se fosse verificato che in effetti i neutrini sono in grado di andare più veloce della luce, bisognerà apportare delle modifiche alla teoria della relatività ma ricordiamo che fino ad ora tutti i riscontri scientifici fatti su questa teoria non hanno fallito. Siamo quindi solo all’inizio di un dibattito che durerà anni, tra conferme e smentite.

Nota Bene:

Per quanto riguarda il limite massimo della velocità della luce ovvero 300.000 km/s è bene ricordare che la teoria della relatività ristretta, non esclude l’esistenza di particelle che viaggiano più veloci della luce (superluminali), ma si tratta di particelle mai rilevate e che escono fuori matematicamente dalla risoluzione delle equazioni che descrivono la teoria, quando in esse si inseriscono i numeri immaginari. A queste particelle è stato dato il nome di tachioni.

Bibliografia:
http://arxiv.org/abs/1109.4897
http://daily.wired.it/news/scienza/2011/06/15/trasformazione-neutrino-giappon…
http://www.borborigmi.org/2011/09/23/considerazioni-dopo-il-seminario-di-oper…
http://www.media.inaf.it/gallery/main.php/v/voci/interviste/Matteo-viel-neutr…
http://www.media.inaf.it/gallery/main.php/v/voci/radio/SPAZIO+230911.mp3.html
http://www.media.inaf.it/2011/09/23/via-piu-veloce-della-luce/
http://scienzapertutti.lnf.infn.it/P13/pag6.html
http://it.wikipedia.org/wiki/Neutrino
http://www.corriereinformazione.it/201005312016/formazione-e-universita/mondo…
http://www.link2universe.net/2011-09-23/riassunto-della-conferenza-al-cern-su…
http://www.cosediscienza.it/spazio/02_tachioni.htm

verascienza