Cinquantamila.it La storia raccontata da Giorgio Dell'Arti

Neutrini più veloci della luce Primo ok dei super esperti - Il Gruppo OPERA ha dato la prima risposta alle numerose cri­tiche su possibili «errori sistema­tici » in grado di invalidare la con­cl­usione sulla velocità dei neutri­ni. Questa risposta riguarda la «partenza» dei neutrini, che è molto complessa. Ha inizio al CERN con i protoni di alta ener­gia che generano un fascio di «me­soni » i quali si trasformano in al­tre particelle tra cui i neutrini. Questa trasformazione avviene lungo un tunnel da un chilome­tro. Dal CERN parte quindi un «treno»di neutrini lungo ben mil­le metri. A generare questo treno di neu­trini sono - come detto prima - i protoni di alta energia, la cui strut­tura temporale è di fondamenta­le importanza. Nell’esperimento di OPERA la struttura in tempo dei protoni era di ben diecimila nanosecondi. Stava qui la prima difficoltà. Siamo proprio sicuri che non ci siano errori «sistemati­ci » nel passare dai diecimila na­nosecondi di partenza ai sessan­ta nanosecondi nell’arrivo dei neutrini? Era necessario partire con un fascio di protoni molto più stretto nel tempo. Partendo con un fa­scio di protoni - ciascuno di 3 na­nosecondi- e distanti uno dall’al­tro 524 nanosecondi, il gruppo OPERA ha osservato al Gran Sas­so 20 eventi di neutrini che ripro­d­ucono la stessa struttura tempo­rale dei protoni di partenza. I te­muti effetti «sistematici» non ci sono. È così superata la prima dif­ficoltà. Come detto più volte su queste colonne quando la scoperta di OPERA sarà confermata da altri esperimenti avremo sul piatto delle certezze scientifiche la più grande scoperta degli ultimi 420 anni. L’avventura scientifica che ci ha portato agli orologi atomici e ai neutrini parte infatti con Gali­leo Galilei 420 anni fa, quando il padre della Scienza di primo livel­lo cercò di capire cos’è la luce. A quei tempi nessuno sapeva al­cunché sull’esistenza dei neutri­ni, le più leggere particelle dell’ universo. E si sapeva poco, quasi niente, della luce. Non se ne era capita la natura e tutti la pensava­no dotata di velocità infinita. Tut­ti eccetto Galileo Galilei che pose la domanda: qualcuno ha misura­to la velocità infinita della luce? Risposta: nessuno. Era quindi ne­cessario misurarla. Le tecnologie di quei tempi erano le lanterne co­me sorgenti di luce e il ticchettio del polso come orologio. Se la velocità della luce fosse stata trenta volte superiore alla velocità del suono, Galilei sareb­be ri­uscito a scoprire che la veloci­tà della luce non era infinita. Pur­troppo la luce viaggiava (e viag­gia) a una velocità che è ottocen­tosettantamila volte superiore a quella del suono. Ecco perché l’esperimento non dette a Galilei il risultato sperato. Oggi siamo agli orologi atomici e sappiamo misurare i tempi di volo delle particelle subnucleari con precisione da 15 picosecon­di. È questo l’ultimo record otte­nuto al CERN proprio in questi giorni. Un picosecondo è un mil­lesimo di nanosecondo (miliar­desimo di secondo). L’incertez­za nella misura di OPERA è di 15 nanosecondi; se fosse di 15 pico­secondi sarebbe mille volte me­glio. A questo traguardo siamo ar­rivati partendo da Galilei che nel 1591 cercò di misurare la velocità della luce. Partendo dal 1591, per capire cos’è la luce (una vibrazione del campo elettromagnetico), ci so­no voluti trecentocinque anni con tante scoperte e invenzioni su cosa fanno le cariche elettri­che e le calamite. La descrizione di queste scoperte richiederebbe centinaia e centinaia di pagine. La loro sintesi è in appena quat­tro righe: le quattro equazioni di Maxwell. Fu la più potente sintesi rigorosamente logica di tutte le scoperte in Elettricità, Magneti­smo e Ottica. Questa sintesi esige­v­a l’esistenza di una velocità asso­luta: quella della luce che è di cir­ca un miliardo di chilometri l’ora. Nella Conferenza Mondia­le dei Fisici del 1896, trecentocin­que anni dopo l’esperimento di Galilei, Lord Kelvin tenne la lezio­ne d’apertura dicendo: «Cari col­leghi, grazie alle quattro equazio­ni di Maxwell possiamo dire di avere finalmente capito cos’è la luce e che la sua velocità è una co­stante fondamentale della natu­ra. Non può esistere alcun modo di trasmettere segnali a velocità superiori». Nasce così la com­prensione rigorosa di tutti i feno­meni elettromagnetici cui si da il nome di Elettrodinamica Quanti­stica ( QED: Quantum ElectroDy­namics). Chi scrive ha realizzato la pri­ma rigorosa verifica di QED. Per far questo è stata necessaria l’in­venzione di una nuova tecnica (oggi in uso in tutti i laboratori specializzati) per costruire cam­pi magnetici polinomiali di altis­sima precisione. Senza QED non potrebbero esistere tutte quelle cose entrate nella vita di tutti i giorni: radio, TV, cellule fotoelet­triche, telecomandi per aprire e chiudere le porte, telefonini, computer, Internet, tecnologie mediche (Raggi X, TAC, PET, Ri­sonanza Magnetica, bisturi laser etc.) che hanno portato la speran­za di vita oltre gli 80 anni ed elet­trodomestici di ogni tipo; né al­cun astronauta avrebbe potuto metter piede sulla Luna, se non avessimo scoperto QED: la logica delle Forze Elettromagnetiche che ha il suo baluardo nella velo­cità della luce, costante e assolu­ta. Se è vero che i neutrini battono la luce in velocità, bisogna capir­ne le radici, che potrebbero esse­re numerose. Le radici preferite da chi scrive sono nel Supermon­do. In questo caso come la mettia­mo con la tecnologia entrata nel­la vita di tutti i giorni? Niente pau­ra, la nostra tecnologia non an­drà in crisi in quanto ha radici in QED. Sono le estrapolazioni teo­riche - incluse tutte le elucubra­zioni filosofiche- che entreranno in crisi. Una cosa è certa: lo spazio­tempo con le 4 dimensioni (3 di spazio e una di tempo) non basta per descrivere ciò che abbiamo fi­nora capito sulla Logica che reg­ge l’universo. Ci sono oggi alme­no sette «motivi» che portano all’ ipotesi del Supermondo, con le sue 43 dimensioni. Nessuno può prevedere i possibili sviluppi del­le­nostre ricerche intese a decifra­re la Logica nella quale potrebbe entrare la velocità dei neutrini. Esattamente come nel 1896 né Kelvin né alcun altro fisico avreb­be saputo immaginare l’enorme quantità di scoperte scientifiche e di invenzioni tecnologiche oc­corse dal 1896 al 2011, grazie a QED. Una cosa è certa: se esiste il Supermondo si aprirà per tutti un orizzonte scientifico con 43 di­mensioni di spazio-tempo. * Autore del Progetto Gran Sas­so e­professore emerito di Fisica su­periore nell’università di Bologna

ANTONINO ZICHICHI*