Sui neutrini più veloci della luce: il parere di qualche esperto

credit Cern

Si sa che fare  una scoperta fondamentale è il sogno di ogni ricercatore, nei campi più disparati. Non è immune la fisica da questa umana (e perfettamente legittima) aspirazione. E così, l'insieme di ricercatori (sono parecchi, a leggere le firme del preprint su arXiv), pur avendo atteso tre anni prima di darne comunicazione, e anche se il modo, e cioè la conferenza stampa prima della pubblicazione, nonchè la natura stessa delle affermazioni, fanno storcere il naso agli esperti, raccolgono per ora solo tiepide e caute reazioni dal mondo scientifico.

Ma questo è naturale: affermazioni eccezionali richiedono prove eccezionali. Vi propongo una rassegna di alcuni pareri di esperti, nonchè la press release e il collegamento all'articolo pubblicato su arXiv. Per chi fosse interessato, c'è anche una videoconferenza in diretta a partire dalle 16,00 di oggi a questo indirizzo.

Si tratta del gruppo di ricercatori impegnati nell'esperimento Opera ( Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus)  e che vede impegnati scienziati del Cern (Super Proton Synchrotron di Ginevra) e del Infn (Laboratori Nazionali del Gran Sasso). La ricerca riguarda il fenomeno di oscillazione del neutrino, fenomeno quantistico teorizzato da Bruno Pontecorvo e che implica che un neutrino possa mutare da sapore all'altro (elettronico, muonico, tauonico). Insieme alla ricerca principale ve ne sono altre riguardanti sempre i neutrini e tra queste anche quella sulla misura della sua velocità. 

L'affermazione dei ricercatori è impegnativa anche se il titolo della press release del Cern è piuttosto cauto

OPERA experiment reports anomaly in flight time of neutrinos from CERN to Gran Sasso

E continua

The OPERA result is based on the observation of over 15000 neutrino events measured at Gran Sasso, and appears to indicate that the neutrinos travel at a velocity 20 parts per million above the speed of light, nature’s cosmic speed limit. Given the potential far-reaching consequences of such a result, independent measurements are needed before the effect can either be refuted or firmly established.

I risultati dell'esperimento Opera sono basati sull'osservazione di 15 mila eventi neutrino misurati al Gran Sasso e sembrerebbero indicare che i neutrini viaggiano a una velocità 20 parti per milione sopra la velocità della luce, limite fisico della velocità. Date le potenziali conseguenze di vasta portata di tale risultato, sono necessarie misurazioni indipendenti prima di affermare o confutare questo effetto. 

Questa superiore velocità si tradurrebbe in un risparmio di 60 miliardesimi di secondo rispetto alla luce.

Cosa ne pensano gli esperti? Cominciamo con Amedeo Balbi su Keplero

Come ormai avrete letto un po' ovunque, un esperimento che si chiama Opera avrebbe osservato un fascio di neutrini percorrere la distanza tra il CERN e il Gran Sasso (730 chilometri) impiegando 60 miliardesimi di secondo in meno di quanto ci avrebbero messo viaggiando alla velocità della luce (ovvero 2,4 millisecondi). Siccome c'è questo piccolo dettaglio che la velocità della luce, secondo la teoria della relatività di Einstein, è un limite fisico invalicabile, capite bene che la conclusione della faccenda è piuttosto sconvolgente.

In realtà, come riportano Balbi e altri, un precedente esperimento, che continua tuttora, Minos, nel 2007

aveva trovato risultati che potrebbero essere letti in modo simile, ma con un livello di confidenza troppo basso.

Per quanto riguarda le implicazioni di questa presunta scoperta sulla teoria della relatività di Einstein, Balbi afferma

Detto questo, che implicazioni avrebbe la cosa? Innanzitutto, non mi pare del tutto esatto dire, come si sente in queste ore, che la relatività di Einstein verrebbe messa in discussione. La relatività si basa semplicemente sul postulato che la velocità della luce sia la stessa per ogni osservatore, e questo resterebbe valido. Dopo di che, una delle sue conclusioni è che nessun corpo dotato di massa possa superare la velocità della luce nel vuoto, perché l'energia richiesta sarebbe infinita. Ma ciò non toglie che si possano immaginare particelle che abbiano sempre una velocità maggiore della luce.

In definitiva

Ripeto, se la cosa si dimostrasse vera sarebbe esaltante e rivoluzionaria. Ma proprio per questo bisognerà essere più attenti che mai a non sottovalutare possibili errori e spiegazioni alternative.

Altro esperto, Marco Delmastro dei Borborigmi è sulla stessa linea

È più di una settimana che la notizia di una misura nella migliore delle ipotesi anomala, e persino straordinaria e rivoluzionaria, viene bisbigliata più o meno sottovoce nei corridoi degli istituti di fisica delle particelle del mondo. Su questo sito ovviamente non se n'è parlato, perché i pettegolezzi non mi sono mai piaciuti, e perché, per capire bene il senso e la portata di una misura, un fisico vuole vedere i dettagli.

Per Delmastro, se confermate, si tratterebbe di implicazioni notevoli

 Se il fenomeno si rivelasse reale, sarebbe probabilmente la più grande scoperta del secolo, e ci porterebbe a riscrivere una porzione di fisica gigantesca.

Ma  questa misura di OPERA è affidabile e credibile?

Spedire dei neutrini generati con un acceleratore verso un rivelatore a 730 km di distanza non è l'unico modo per misurane la velocità. Per esempio, è possibile farlo anche studiando i neutrini emessi nell'esplosione di una supernova, ed è stato fatto. 

E i risultati non confermano le scoperte di Opera

 la velocità dei neutrini provenienti da supernova è risultata assolutamente compatibile con velocità inferiori di pochissimo a quelle della luce.

Anche per Delmastro, risultano fondamentali le conferme di studi indipendenti

 In ogni caso, anche se il risultato d OPERA si dimostrasse inattaccabile (o perlomeno, che nessuno riesca a scovarci un problema), prima di crederci sarà almeno necessario che MINOS (e magari anche T2K in Giappone) confermino in modo altrettanto preciso e significativo il fenomeno.

 Infine un tocco internazionale con Geoff Brumfiel su Nature  che ripercorre i punti essenziali evidenziati dai nostri:

Breaking the law

 The idea that nothing can travel faster than light in a vacuum is the cornerstone of Albert Einstein's special theory of relativity, which itself forms the foundation of modern physics. If neutrinos are travelling faster than light speed, then one of the most fundamental assumptions of science — that the rules of physics are the same for all observers — would be invalidated. "If it's true, then it's truly extraordinary," says John Ellis, a theoretical physicist at CERN.

 Minos experiment

 In 2007, the Main Injector Neutrino Oscillation Search (MINOS) experiment in Minnesota saw neutrinos from the particle-physics facility Fermilab in Illinois arriving slightly ahead of schedule. At the time, the MINOS team downplayed the result, in part because there was too much uncertainty in the detector's exact position to be sure of its significance, says Jenny Thomas, a spokeswoman for the experiment. Thomas says that MINOS was already planning more accurate follow-up experiments before the latest OPERA result. "I'm hoping that we could get that going and make a measurement in a year or two," she says.

Supernovae

If the speeds seen by OPERA were achievable by all neutrinos, then the pulse from the supernova would have shown up years earlier than the exploding star's flash of light; instead, they arrived within hours of each other. "It's difficult to reconcile with what OPERA is seeing," Ellis says.

Per ora è tutto, in attesa che gli esperti leggano il pdf pubblicato su arXive e ci dicano se si tratta di una scoperta eccezionale o se è meglio attendere ulteriori ricerche.


Aggiornamento 15,00

Da par suo ne parla anche Gianluigi Filippelli su DocMadhattan. Sui commenti (pervasivi sui media generalisti) di possibili confutazioni della relatività speciale e del modello standard Gianluigi afferma

There's a lot of comments about the question, and some people say that special relativity and also standard model will be falsified by the results if they will be confirmed. Instead I think that we simply speak about an extension of standard model, and there're no really consequence about special relativity.

La teoria della relatività speciale e quella del modello standard, continua Gianluigi, sono soprattutto teorie elettromagnetiche ma

neutrinos don't interact with electromagnetic field, and the results is simply the confirmation of this situation!

D'altra parte, se i dati venissero confermati, dimostrerebbero che i

 neutrinos are the most elusive particles in the universe: in this case they escape from the control of special relativity, which would not be the correct theory to describe them at highest energy.

cioè: i neutrini sono le più elusive particelle nell'universo, sottraendosi al controllo della relatività speciale.
Un'altra ipotesi ventilata da Gianluigi è che 

the introduction of superluminal neutrinos in model standard could resolve some mathematical problems of the model, or explain some physical question (like the matter-antimatter asymmetry, for example). But we can continue playing with the assumptions: the superneutrinos could be the trace of a new fifth interaction between neutrinos and dark matter. This hypothesis is included in some dark matter theories: so model standard and special relativity could be remain unmodified.

La velocità superluminale dei neutrini risolverebbe alcuni problemi matematici del modello standard o qualche irrisolto problema fisico come l'asimmetria materia-antimateria.