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Neutrini contro Einstein (ma anche no) – terza parte

Un rilevatore di neutrini

 

I neutrini dispettosi

Il neutrino è una particella prodotta da alcune reazioni nucleari. Ad esempio il Sole, che funziona come abbiamo visto grazie alla fusione, ce ne invia in quantità esorbitanti. Avrei potuto dire “a tonnellate” se solo il neutrino avesse una massa. O forse ce l’ha. La questione è piuttosto complicata.

Secondo il modello standard della fisica quantistica, in effetti il neutrino dovrebbe essere come il fotone una particella con massa a riposo uguale a zero. Ci si potrebbe chiedere: ma se il neutrino o il fotone hanno massa a riposo zero, allora non esistono? La risposta è che queste particelle non sono mai a riposo, per cui la massa a riposo è solo un parametro fittizio. Se ricordate la formula per la massa relativistica, noterete un fatto interessante: se mettiamo v=c e m0=0, otteniamo una frazione 0/0 che è un numero indefinito (cioè può essere qualsiasi cosa). Si tratta di un numero indefinito perché la divisione è l’operazione inversa della moltiplicazione: 10/2=5 significa “5 è il numero che moltiplicato per 2 dà 10”. Se è così, 0/0= “qualsiasi numero” perché “qualsiasi numero” moltiplicato per zero dà sempre zero.

Per questo la massa del fotone in movimento non si calcola in questo modo ma tramite altre equazioni. Altro fatto interessante è che le particelle con massa a riposo zero devono necessariamente viaggiare alla velocità della luce. Se infatti non lo facessero non esisterebbero perché la loro massa e la loro energia in movimento sarebbero nulle: le equazioni della relatività ristretta darebbero sempre zero, sia come energia che come massa, mentre solo il caso v=c e m0=0 dà come risultato 0/0.

Ma torniamo ai neutrini. Nonostante la previsione del modello standard della fisica quantistica, in molti hanno ipotizzato che in realtà il neutrino avesse una massa, sia pure piccolissima. Sempre dalle equazioni della meccanica quantistica si trova che se un neutrino può “oscillare” tra diversi stati, allora deve avere una massa. Ed è precisamente questo che l’esperimento OPERA, condotto tra il CERN di Ginevra e i laboratori italiani del Gran Sasso hanno annunciato l’anno scorso. Scoperta di grande importanza perché vuol dire che c’è qualcosa che non funziona nel modello standard della fisica quantistica.

Incidentalmente, però, è accaduta un’altra cosa: i neutrini sparati da Ginevra verso il Gran Sasso sono arrivati pochi milionesimi di secondo prima di quanto avrebbe fatto la luce. Questi pochi nanosecondi equivalgono a 20 metri di “vantaggio” dei neutrini rispetto alla luce. Come è possibile che lo stesso esperimento dimostri che i neutrini hanno massa, ma superino la luce? In effetti questo è totalmente in contrasto con la relatività ristretta.

Vedremo a breve le varie ipotesi che tentano di spiegare il fenomeno. Ma vi dico subito che la più probabile, di gran lunga, è che l’esperimento sia sbagliato. Per questo i fisici del CERN e dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare hanno presentato i risultati con grande prudenza e hanno chiesto alla comunità scientifica di ripetere l’esperimento. E’ questo che distingue la scienza dalle credenze: la scienza ha bisogno di prove, di esperimenti, tutti concordanti e precisi, condotti separatamente, sotto i più rigorosi controlli. Nessuno crede sulla parola, a nessuno viene chiesto di credere senza contestare. Ci vogliono le evidenze, i fatti. E se i fatti sono certi, confermati, conclamati dagli esperimenti, allora si cambia la teoria. Questo è il metodo scientifico che si distingue dalle credenze che invece tendono a dimenticare i fatti in contrasto con le teorie.

Sfuggenti neutrini

Molte ipotesi sono state avanzate per spiegare il fenomeno. Quella più probabile è che ci sia un errore di misura. Rilevare i neutrini è infatti un’impresa a dir poco ardua. I neutrini, come dice il nome stesso, sono neutri, ovvero non interagiscono con la forza elettromagnetica. Essendo inoltre piccolissimi, attraversano senza alcuna difficoltà la materia, a differenza dei fotoni che invece sono sensibili ai campi elettromagnetici. E’ per questo che vediamo alcuni oggetti opachi: la loro conformazione è tale per cui respingono i fotoni oppure li assorbono, a seconda della frequenza dello specifico fotone. E’ in questo modo che vediamo i colori: un corpo ci appare verde se il materiale di cui è composto assorbe i fotoni di altri colori e riflette quelli verdi. Volendo, si potrebbe ribaltare il ragionamento e dire che un corpo verde è di tutti i colori tranne che il verde. E’ solo il nostro cervello che scegli la via più semplice (del resto, perché dovrebbe fare altrimenti?). I raggi X sono onde elettromagnetiche come la luce, ma hanno fotoni ad energie più elevate che quindi penetrano più facilmente nei corpi. I raggi gamma sono ancora più penetranti. I neutrini lo sono in massimo grado, non perché più energetici, ma semplicemente, come abbiamo detto, perché elettricamente neutri.

Per avere un’idea di quanto i neutrini siano così poco interessati ad interagire con la materia, basti pensare che la grandissima parte dei neutrini solari attraversa il nostro pianeta senza venire intercettata. I neutrini attraversano gli spazi vuoti tra gli atomi e all’interno di essi. Ed è uno spazio davvero enorme. Un paragone che di solito si fa è quello del campo di calcio: posto che il nucleo sia un piccolo oggetto al centro del campo, il primo elettrone si troverebbe fuori dallo stadio.

Per fortuna ci viene incontro la statistica. Se è vero che per un neutrino è così facile attraversare gli spazi vuoti, è altrettanto vero che raramente un neutrino può scontrarsi con un nucleo. L’evento è rarissimo ma se si hanno a disposizione molti nuclei e moltissimi neutrini, ogni tanto accade. Il primo rilevatore di neutrini progettato dall’uomo era una enorme vasca sotterranea piena di detersivo. Ogni tanto un neutrino solare beccava proprio il nucleo di un atomo di cloro (contenuto del detersivo) e lo trasformava in argon.

L’esperimento OPERA usa invece lastre di piombo, ma questo non è un punto particolarmente interessante. Il punto interessante è invece che tutte le rilevazioni dei neutrini sono statistiche. In effetti, nessuno sa al CERN il punto esatto in cui un certo neutrino viene prodotto nel tunnel di circa 1 km dove avviene la loro “nascita”. Pertanto bisogna ricorrere alla statistica. Abbiamo detto che i neutrini “svizzeri” sono arrivati al Gran Sasso un po’ prima del previsto, un po’ prima di quanto avrebbe fatto la luce. Ma non sappiamo da dove precisamente erano partiti. Questa incertezza viene presa in considerazione e calcolata con metodi statistici. Non si tratta di banali medie, ma il concetto è quello. Il punto però è che sbagliare il metodo statistico inficia tutto l’esperimento. La maggioranza dei fisici è impegnata proprio nel trovare l’errore e una buona ipotesi è stata formulata dal premio Nobel Glasgow. Va però detto che i ricercatori di OPERA sono stati oltremodo accurati: hanno calcolato la curvatura terrestre, hanno calcolato lo spostamento dovuto al terremoto che due anni fa ha colpito l’Aquila, hanno calcolato l’errore dovuto alla misura della precisa distanza tra il CERN e il Gran Sasso (circa 703 km secondo il GPS). In ogni misura c’è sempre un errore, e tutti questi errori sono stati presi in considerazione. Riguardo il GPS va anche detto che le sue misure necessitano di una correzione che si basa proprio sulla relatività. Ne parlerò nel paragrafo dedicato alle conferme sperimentali della scoperta di Einstein.

Voglio però concludere per ora dicendo che gli scienziati del CERN e dell’INFN hanno svolto un lavoro davvero accurato, come si conviene quando un esperimento sembra contrastare con una teoria così consolidata come è la relatività ristretta. Non mi stancherò mai di sottolineare come il metodo scientifico sia il meglio che la mente umana abbia mai concepito e non a caso sia così recente. Se pensiamo alla scienza prima di Galileo, possiamo tranquillamente concludere che la grande maggioranza di essa è oggi sbagliata o fuorviante proprio perché non era “vera” scienza, non era basata sul metodo scientifico. In pochi secoli siamo passati dall’idea di essere al centro dell’Universo, formato da sfere concentriche rigide in moto intorno alla Terra (modello in voga per ben 30 secoli), alla moderna cosmologia e ai viaggi su altri corpi celesti. In altre parole abbiamo conquistato molto di più dal 1600 ad oggi che in tutto il resto della nostra storia grazie ad un semplice, ma fondamentale cambiamento: basarsi sull’osservazione dei fatti, anche quando sembrano andare contro la teoria, invece che ignorarli.

Categorie:scienza
  1. aury88
    20 ottobre 2011 alle 11:32

    beh Guido! direi che la scelta dell’esempio sulle conquiste della scienza forse non è il più azzeccato. ben prima del metodo scientifico di Gallileosi sapeva che la terra fosse rotonda😉.
    pur conoscendo già tutte queste cose (il figlio di un mio professore era ricercatore presso il gran sasso e studiava i neutrini solari) ho trovato la lettura del tuo articolo estremamente piacevole. Grazie mille!

    • 20 ottobre 2011 alle 22:15

      scusa ma io non ho parlato di terra piatta, ma del moto degli astri rispetto alla terra.

      • aury88
        21 ottobre 2011 alle 12:26

        sorry guiodic, errore mio🙂

  2. Leonardo Rubino
    11 aprile 2014 alle 14:44

    Non bisognava attendere conferma di una notizia del genere, su particelle più veloci della luce!!!
    La notizia andava bocciata subito, come io ho fatto!
    E l’ho fatto grazie alla mia conoscenza dell’elettromagnetismo.

    http://www.fisicamente.net/portale/modules/news2/article.php?storyid=2393

    Saluti.

    Leo.

  3. 24 aprile 2014 alle 2:26

    Oxygen transfer is sufficient to treat up to 500 gallons per day of flow.
    They are quite easy to find if you look up
    the internet or the newspapers. Waste water in your tank is moved to the drain field through a pipe.

  1. 21 ottobre 2011 alle 3:38

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