Ieri sera è uscita una notiziona. I dati dell'esperimento Opera, che va avanti da anni presso i laboratori europei del CERN e quelli italiani dell'INFN al Gran Sasso, ha tirato fuori dei dati sperimentali che suggeriscono che i neutrini, una delle particelle di cui si capisce meno al momento, viaggino più velocemente della luce. La cosa va contro le basi della teoria della relatività elaborata da Einstein, minando alle basi molta della fisica dell'ultimo secolo.
I quotidiani italiani ne hanno parlato, anche a sproposito (l'ANSA, ad esempio, esprime velocità in nanosecondi, come se voi misuraste in ore la velocità della vostra auto), e un sacco di gente mi è venuta a chiedere cose.
Io non ho una preparazione tale da discutere le conseguenze e il significato profondo della questione, ma ho potuto leggere, capendolo, il documento con i risultati dell'esperimento, e ho potuto parlare con fisici ben preparati sulla questione.
Prima di tentare di esporre la cosa in termini comprensibili, però voglio fare una premessa. Quelli di cui si parla sono dati di un singolo esperimento, durato anni. Può essere stato fatto qualche errore, quindi NON si tratta di una scoperta. Non credete all'ANSA e ai giornali che vi dicono che l'esperimento è confermato: bisogna aspettare che (molti) altri ripetano lo stesso esperimento e ottengano gli stessi risultati. Ci vorrà qualche anno.
La relatività
La teoria della relatività per motivi che non sto a spiegare in quanto richiedono più matematica di quella che può essere chiara a tutti, prevede la velocità della luce come velocità limite. Questo significa che qualsiasi cosa abbia una massa viaggia necessariamente più lento della luce. Ciò che invece non ha massa, viaggia alla velocità della luce, mai meno e mai più.
A livello matematico, possono benissimo esistere oggetti più veloci della luce, che avrebbero la velocità della luce come limite di lentezza. Tali particelle, di cui non è possibile verificare né escludere l'esistenza, vengono dette tachioni (ciò non è nuovo a qualche mio lettore) e, sempre secondo la stessa teoria, ammesso che esistano si muoverebbero a ritroso nel tempo.
I neutrini
I neutrini sono particelle molto particolari, per il fatto che interagiscono pochissimo con il resto della materia. Di solito, le particelle, nel loro cammino, si scontrano con altre particelle, perdono energia, si legano a ciò che incontrano. I neutrini no, sono capaci di percorrere anni luce senza interagire con nulla. La forza di gravità e un'altra interazione, detta debole, sono le uniche cose in grado di modificarne lo stato.
Secondo il Modello Standard, che è la principale teoria sulle particelle, i neutrini sono privi di massa, e quindi dovrebbero viaggiare alla velocità della luce. Questo fatto, però, è stato messo in dubbio da più di un esperimento. Al momento attuale non è del tutto chiaro se i neutrini abbiano o no una massa, ma i dati sperimentali ricavati finora suggeriscono una massa piccolissima rispetto alle altre particelle note e dotate di massa. Se ciò fosse vero, i neutrini dovrebbero viaggiare a velocità inferiore alla luce.
L'esperimento Opera
L'esperimento Opera è frutto di una collaborazione tra l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare italiano e il laboratorio internazionale CERN. L'idea è quella di misurare la velocità dei neutrini, per avere un'ulteriore conferma o smentita del fatto che possiedano una massa. L'esperimento va avanti da diversi anni, durante i quali sono stati presi moltissimi dati.
L'idea, semplificandola molto, è abbastanza comprensibile. Hanno messo presso i laboratori del CERN una sorgente di neutrini, e presso i laboratori INFN del Gran Sasso, sotto la montagna per non avere interferenze, un rivelatore di neutrini. La sorgente al CERN spara un pacchetto di neutrini, sottoterra (tanto la roccia non influisce sulla loro velocità) verso il Gran Sasso, e si cronometra quanto tempo ci mettono ad arrivare al rivelatore.
La cosa è più facile a dirsi che a farsi. Si deve, infatti, conoscere con precisione altissima la distanza esatta tra sorgente e rilevatore, e l'orologio della sorgente deve essere sincronizzatissimo con quello del rivelatore, in modo da permettere di calcolare il tempo. Sono riusciti a far bene entrambe le cose: la distanza, di 730,534 chilometri e 61 centimetri, è stata calcolata con un margine di errore di soli venti centimetri (nei grafici si vede come il laboratorio del Gran Sasso si sia spostato col terremoto a L'Aquila), e gli orologi sono stati sincronizzati quasi al nanosecondo. Impressionante, ma ce la hanno fatta: la cosa è stata verificata e certificata da organi indipendenti, svizzeri e tedeschi.
Negli ultimi anni, quindi, questo apparato ha calcolato la velocità di moltissimi pacchetti di neutrini, in modo da poter avere, con una buona precisione, la velocità media. Tale velocità è risultata essere più alta, e neanche di pochissimo in termini fisici, di quella della luce. Mentre ci si aspettava una velocità inferiore o uguale, per capire se avessero o no massa, ci si è trovati davanti un dato del tutto inaspettato.
I risultati dell'esperimento sono stati resi pubblici, e ora si attende che altri laboratori riproducano l'esperimento, in modo da capire se sia errato, o se ci siano dei problemi nella teoria della relatività. Nel secondo caso, per i fisici, ci sarà da divertirsi.
