Intervista esclusiva a Piero Monacelli

OPERA l’esperimento italiano rivela che i neutrini viaggiano più veloci della luce. Adesso bisogna riscrivere la fisica.

L’esperimento OPERA (Oscillation Project with Emulsion-t Racking Apparatus) è frutto della collaborazione tra i laboratori del Gran Sasso (INFN) e il CERN di Ginevra, dove viene prodotto un fascio di neutrini muonici e sparato in direzione dei laboratori del Gran Sasso. Lo scopo principale dell’esperimento era quello di verificare la capacità dei neutrini di “oscillare” cioè di cambiare “tipo”. Al CERN vengono prodotti neutrini μ, al Gran Sasso si sarebbero dovuti identificare nel fascio i Neutrini τ.

Finora l’esperimento ha rivelato un solo evento significativo, all’interno del fascio di neutrini μ è stato identificato un solo neutrino τ. Per questo motivo l’esperimento continua, e continuerà nel futuro a raccogliere dati. La notizia sconvolgente viene però dalla misurazione fatta da OPERA per stabilire approssimativamente la velocità dei neutrini, che essendo dotati di massa molto piccola, sarebbe dovuta essere poco al di sotto della velocità della luce in accordo con la relatività di Einstein.

Invece i dati rilevati sembrerebbero indicare che i neutrini viaggiano più veloci della luce, rivelati dagli strumenti del laboratorio del Gran Sasso con 60 ± 10 nano secondi in anticipo rispetto alla velocità della luce.

I neutrini risultano quindi essere 0.0025 % più veloci della luce, se pur di pochissimo, questo risultato è sufficiente per mandare all’aria la relatività di Einstein.

Intervista a Piero Monacelli (ex direttore dei laboratori del Gran Sasso e membro della collaborazione OPERA )

Qual’è l’obbiettivo principale di OPERA?

L’esperimento OPERA è stato progettato e realizzato per la prima verifica diretta del fenomeno delle oscillazioni dei neutrini. Un fenomeno che era stato previsto già da Montecorvo negli anni 60, famoso fisico italiano scappato clandestinamente in Russia subito dopo la guerra. Questo fenomeno è stato effettivamente verificato sperimentalmente usando i neutrini prodotti dai raggi cosmici dell’atmosfera o i neutrini provenienti dal Sole, ma mancava la conferma diretta. Questo fenomeno presuppone il fatto che i neutrini nel loro viaggio possono cambiare “tipo”, in gergo si chiama sapore.

Esistono tre tipi di neutrini diversi, se disponiamo di un fascio di neutrini di un certo tipo alcuni si trasformano in neutrini di un altro tipo. Era stato notato e misurato il fatto che i neutrini provenienti dal sole sono di meno di quelli che ci si aspetta (neutrini di tipo elettronico), non era mai stata effettuata la misura diretta dell’apparizione dei neutrini di un altro tipo rispetto a quelli del fascio.

Questo è il programma di OPERA, infatti abbiamo già rivelato in un fascio di neutrini muonici che viene prodotto al CERN di Ginevra e arriva al Gran Sasso un evento che può essere dovuto soltanto ad un neutrino diverso, il neutrino di tipo τ.

Questo dimostra che in questo fascio composto esclusivamente da neutrini μ ad un certo punto compaiono neutrini di un altro sapore, chiaramente di eventi bisognerà rilevarne più di uno. Questo è il fenomeno delle oscillazioni che è il principale programma e lo scopo per cui è stato progettato e realizzato questo esperimento che è attualmente in raccolta dati: in questo momento c’è un fascio che viene prodotto a Ginevra di neutrini che viaggia fino al Gran Sasso per 730 km.

Misurando con estrema precisione l’istante di partenza e l’istante di arrivo di questo fascio dei neutrini, che viaggia a fiotti (non è un fascio continuo), e conoscendo la distanza percorsa si può fare una misura della velocità dei neutrini.

Perché è importante determinare la velocità dei neutrini?

I neutrini sono dotati di massa piccolissima, un tempo si pensava avessero massa nulla, ma il fenomeno delle oscillazioni ha evidenziato il fatto che la massa dei neutrini non può essere nulla, ma è comunque molto piccola. All’energia di questo fascio, secondo la teoria della relatività di Einstein, la loro velocità dovrebbe arrivare a essere esattamente quella della luce, o tuttalpiù leggermente inferiore. Questa misura doveva essere una ulteriore verifica di una teoria ormai universalmente accettata, non ci si aspettava una sorpresa.

Invece la sorpresa c’è stata. Secondo questa misura, che è stata accuratamente programmata e analizzata, i neutrini arriverebbero 50, anzi 60 nanosecondi prima di quello che ci si aspetterebbe dalla luce.

Sono state già effettuate misurazioni del genere in passato?

Si, un esperimento analogo a quello di OPERA è in funzione attualmente negli Stati Uniti, al Fermi Lab. (un grosso laboratorio di fisica delle particelle a Cicago intestato a Fermi, che lavorò lì). Qui è stato fatto un fascio analogo a quello del CERN, ma a energia più bassa, casualmente alla stessa distanza circa (730 km, entro poche centinaia di metri) c’è un rivelatore sotterraneo per misurare il fenomeno delle oscillazioni. Anche loro qualche anno fa hanno pubblicato una misura, però con una precisione molto minore che non quella di OPERA, e all’interno degli errori di misura (ogni misura è affetta da una certa precisione), questa misura era compatibile con le teorie di Einstein.

La misura di OPERA, se si conferma che tutto è stato valutato in maniera corretta, dimostrerebbe che la velocità dei neutrini non sarebbe compatibile con la velocità della luce, ma leggermente superiore, anche se di non molto, di un fattore 1 o 2 su 100.000. Ma questo basterebbe per contraddire la teoria della relatività.

Quali orizzonti potrebbe aprire questa scoperta, se venisse confermata?

Questa scoperta apre una finestra in un mondo nuovo, se non è valida la teoria di Einstein bisogna trovare delle teorie che spieghino come mai i neutrini possono superare la velocità della luce.

Potrebbe aprirsi una nuova visione più approfondita, più dettagliata e più avanzata delle leggi che governano la natura e l’universo.

C’è la possibilità che questo anticipo dei neutrini sulla velocità della luce sia frutto di un errore sistematico degli strumenti di misurazione?

Ogni misura deve essere accompagnata da un attento studio degli eventuali errori, sia di tipo statistico che di tipo sistematico che possono contribuire a falsare la misura.

Non si tratta comunque di sbagli, in fisica un errore non è uno sbaglio. Ogni misura fisica deve essere accompagnata da un errore (numero, una grandezza misurata quantitativamente). Questo errore dipende in gran parte dalla precisione, accuratezza e sensibilità degli strumenti che vengono usati.

In più possono verificarsi eventuali errori sistematici dovuti alla non conoscenza di alcuni parti dell’apparato sperimentale.

Tutti questi errori sono stati attentamente valutati, però è chiaro che in fisica quando c’è un risultato completamente nuovo rispetto alle aspettative è sempre bene che questo risultato venga confermato in maniera indipendente da altri esperimenti, o che lo stesso esperimento ripeta la misura per vedere se non è stato fatto qualche errore o sottovalutato qualche effetto. È necessario a questo punto rifare la misura da parte dello stesso esperimento e da parte di nuovi esperimenti per verificarlo in maniera del tutto indipendente da OPERA.

OPERA si trova nei laboratori del Gran Sasso, è gestito da una collaborazione internazionale in cui l’Italia ha una parte dominante.

per ascoltare l’intervista cliccare qui: Intervista a Piero Monacelli