23 Settembre Set 2011 2045 23 settembre 2011

E per caso abbiamo scoperto particelle più veloci della luce

E per caso abbiamo scoperto particelle più veloci della luce

Neutrini

Non sono cose che succedono tutti i giorni. Soprattutto nel campo della scienza. Ma la scoperta, compiuta dagli scienziati del Cern guidati da Antonio Ereditato, professore dell’Università di Berna, rischia di far crollare uno dei capisaldi della fisica moderna: la teoria della relatività ristretta, elaborata da Albert Einstein nel 1905. Non è cosa da poco: il neutrino, una particella subatomica elementare, può raggiungere (forse) velocità superiori a quelle della luce. Una sfida che mette a dura prova le teorie einsteiniane, una scossa per il mondo scientifico. Come è noto, la velocità della luce è assoluta (nel vuoto) e non relativa alla velocità dell’osservatore. Soprattutto, rappresenta (o rappresentava) il limite massimo raggiungibile in natura. Niente, se dotato di massa la può raggiungere, e com’è ovvio, nemmeno superare. Finora.

La scoperta, come spesso accade, è avvenuta per caso. Al caso dobbiamo tante intuizioni della scienza dalla penicillina di Fleming all'algoritmo di Page su cui si basa Google. Così tante che il termine serendipità (che si riferisce appunto alle scoperte per caso) è diventato quasi di uso comune.

Alla base di tutto, il progetto Opera (Oscillation Project with Emulsion-tracking Apparatus), esperimento compiuto in collaborazione dal Cern (Centro Europeo di Ricerche Nucleari) di Ginevra e l’Infn (Istituo Nazionale di Fisica Nucleare) dei laboratori del Gran Sasso, nell’ambito del più ampio progetto Cngs, l’intenzione era di scoprire il grado di oscillazione dei neutrini (cioè la possibilità che si trasformassero in altre particelle subatomiche elementare. Ma il risultato ha cambiato tutto. Diverso da ogni aspettativa. «Tutto va considerato con grande cautela», spiega a Linkiesta Antonio Masiero, direttore della sezione Infn di Padova. «quello che è emerso ha stupito prima di tutti gli stessi scienziati. Nulla è dato per confermato, tutto è da verificare». Lo stesso tenore, del resto, è stato mantenuto nel briefing di venerdì pomeriggio, in cui Dario Autiero, del progetto Opera, ha presentato tutti i dati dell’esperimento. Rispondendo a dubbi e quesiti della comunità scientifica, e lasciando la sensazione, inquietante, che tutto funzioni.

La dinamica dell’esperimento è chiara. Ginevra fa accelerare e poi “spara” fasci di neutrini, diretti verso il Gran Sasso. Una distanza di 730 chilometri percorsi sottoterra. «Il neutrino ha un’interazione debole: può attraversare, cioè, tutta la Terra senza avere urti. Altre particelle, che hanno interazioni più forti, si disperdono e non danno risultati attendibili». La velocità è altissima: raggiungono il laboratorio del Gran Sasso che, con alcuni dispositivi, riesce a catturarli, o meglio a evidenziare le tracce del loro passaggio su “materia-bersaglio”.

E qui avviene il miracolo: i neutrini, lanciati a tutta velocità, riescono a superare la luce e ad arrivare prima. Su 730 chilometri, realizzano un vantaggio di 60 nanosecondi, cioè 60 miliardesimi di secondo. Un nulla. Un’infinità. Un raggio di luce, per quella distanza, impiega 2,4 millisecondi. Va alla velocità di 299.792.458 metri al secondo. Di conseguenza, i neutrini viaggerebbero a 299.798.454 metri al secondo. Una meraviglia. Anche perché il margine di errore è di circa 10 nanosecondi, molto più basso dei 60 nanosecondi che separano neutrini e luce. In gergo tecnico, si dice che le deviazioni standard sono sei. E sono pochissime. Mentre i neutrini catturati che sono andati più veloci della luce sono 16.000, in un esperimento durato tre anni. Da restare inquieti.

Nella storia della fisica, il neutrino è sempre stato un’entità avvolta nel mistero. «È stato introdotto in modo teorico», spiega Masiero, «da Wolfgang Pauli, nel 1930». Nel processo di decadimento atomico, una quantità, molto ridotta di energia veniva sempre persa in modo inspeigabile. Per mantenere la legge di conservazione dell’energia, fu ipotizzata l’esistenza di una particella invisibile, che mantiene in sé l’energia dispersa. «Era come un neutrone, ma più piccolo. Allora, intervenne Enrico Fermi che disse: “se è un neutrone più piccolo, allora è un neutrino”. E così fu battezzato, e tuttora definito, in tutte le lingue del mondo», aggiunge. E così nacque. La sua esistenza venne confermata da esperimenti successivi. E si scoprì anche che, seppur minima, era dotato di massa. Il punto che, ora, lo rende problematico nella teoria einsteiniana della relatività ristretta.

Ma, se i risultati dell’esperimento fossero confermati, il neutrino cambierebbe tutto. «Per questo gli scienziati del Cern, pur non riscontrando punti deboli nel loro metodo, agiscono con prudenza, e chiedono controlli». Cosa succederebbe? Si è distrutto il limite della velocità della luce. E, in un certo senso, dato che il tempo è il risultato di spazio diviso velocità, si può affermare che il neutrino è andato indietro nel tempo. Uno dei sogni dell’umanità, che, a dire il vero, la fisica aveva già previsto in modi diversi. Per dire meglio, si è trattato di un’informazione che ha violato la causalità, cioè la regola che l’effetto venga sempre dopo la causa. Ora, non sarebbe più così. «Occorre essere prudenti. In ogni caso, può succedere che si debba ricorrere a un ampliamento o a una modifica, che aprirebbe un nuovo paradigma scientifico». E spalancherebbe nuove frontiere da esplorare, e teorie nuove da pensare, di fronte a una crisi impensata.

Ma non è detto. Il fenomeno potrebbe essere spiegato in altro modo. «Per esempio con la teoria delle stringhe». È l’ipotesi avanzata da Heinrich Paes, fisico dell’Università di Dortmund e riportata dal Guardian. In questo caso, le particelle di neutrini si sarebbero ritagliati una scorciatoia nello spazio-tempo, avrebbero fatto un salto dimensionale e sarebbero arrivati prima. Il percorso era diverso e più breve. La velocità sarebbe minore. E la teoria della relatività salva. «È un mondo a più dimensioni: non solo le tre note, più il tempo, che sarebbe la quarta», spiega Masiero. «Ma almeno dieci, o di più». Un concetto complesso, che prevede la presenza di dimensioni nascoste, quasi accartocciate che aprono spiragli spazio-temporali che potrebbero intercettare i flussi di neutrini. «Un mondo con dieci dimensioni potrebbe essere normale», spiega Masiero «Del resto è un’ipotesi che già Einstein aveva considerato, negli ultimi anni».

Può darsi. In ogni caso, l’esperimento scientifico sarà verificato e controllato con scrupolo e attenzione. La massima possibile: per timore, e per frenare l’entusiasmo di una rivoluzione. Quella che c’è è la sensazione della fine di un’altra certezza. Un’architettura ritenuta fondamentale. Ma che, forse, è anche una liberazione talmente grande da essere temuta, in cui le scoperte e le nozioni finiscono a disperdersi, volando, nell’universo immenso del cosmo. 

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