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23 settembre 2011

Superata la velocità della luce. Gran parte della fisica moderna è completamente da riscrivere

Trecentomila chilometri al secondo (299 792, 458 km/s per essere precisi), questa è la velocità di propagazione di un onda elettromagnetica nel vuoto, detta comunemente velocità della luce. Costante in ogni sistema di riferimento, pilastro portante delle teorie di Einstein sulla relatività, un muro invalicabile.

Gran parte della fisica moderna si basa proprio sul principio secondo il quale nessuna informazione, e quindi a maggior ragione materia dotata di massa, può viaggiare ad una velocità superiore a quella della luce. Questo è quanto si è insegnato nelle scuole, nelle università, ed è quanto è scritto nei libri e impiegato dagli scienziati di tutto il mondo nei loro calcoli e teorie, almeno fino a oggi.

Questa mattina infatti gli scienziati del CERN hanno confermato in una nota pubblicata anche sul loro sito che, a fronte dei risultati di un esperimento, la costante delle costanti, ovvero la velocità della luce, è stata battuta, superata, da un fascio di neutrini in viaggio da Ginevra al Gran Sasso, a due passi da L’Aquila.

«Questo risultato è una completa sorpresa» ha esordito il responsabile del rivelatore Opera, il fisico italiano Antonio Ereditato dell’Università di Berna. «Dopo molti mesi di studi e di controlli incrociati -ha detto- non abbiamo trovato nessun effetto dovuto alla strumentazione in grado di spiegare il risultato della misura. Continueremo i nostri studi e attendiamo misure indipendenti per valutare pienamente la natura di queste osservazioni». Secondo Ereditato il potenziale impatto sulla scienza è troppo grande per trarre conclusioni immediate o tentare interpretazioni. «La mia prima reazione -ha aggiunto lo scienziato- è che il neutrino ci sorprende ancora una volta con i suoi misteri».

La scoperta è avvenuta nell’ambito dell’ esperimento CNGS (Cern Neutrino to Gran Sasso) nel quale un fascio di neutrini viene lanciato dal Cern di Ginevra verso i laboratori dell’ Istituto Nazionale di Fisica Nucleare del Gran Sasso. Al progetto ha lavorato una equipe di ricercatori formatasi nel 2006 con l’obiettivo di studiare il fenomeno dell’oscillazione (che porta i neutrini a trasformarsi da un tipo a un altro fra quelli che appartengono alle tre famiglie note). Il team “Opera” comprende circa 160 ricercatori di 11 Paesi (Belgio, Croazia, Francia, Germania, Israele, Italia, Giappone, Corea, Russia, Svizzera e Turchia).

Il risultato è stato ottenuto grazie ad una serie di registrazioni, calcoli, osservazioni e analisi effettuate in Italia con OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus), un rilevatore di particelle dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso che è in grado di registrare il passaggio dei neutrini “sparati” attraverso il suolo dal Super Proton Synchrotron del CERN. Catturare il loro passaggio è un’operazione tutt’altro che semplice, ma quando l’operazione va a segno si possono ottenere importanti informazioni sul comportamento e sulle caratteristiche dei neutrini.

Settecentotrenta chilometri, con un’incertezza di 20cm. Questa è la distanza tra l’origine del fascio e il detector di Opera. Tutte le determinazioni sono state effettuate utilizzando strumenti estremamente sofisticati, come sistemi GPS particolari ed orologi atomici, il tutto creato e standardizzato appositamente per l’esperimento.

«Abbiamo sincronizzato la misura dei tempi tra il Cern e il Gran Sasso con un’accuratezza al nanosecondo» ha affermato Dario Autiero, il ricercatore incaricato di presentare oggi pomeriggio i dati al Cern. «Nonostante le nostre misure abbiano una bassa incertezza sistematica, un’elevata accuratezza statistica e, -ha aggiunto- la fiducia riposta nei nostri risultati sia alta, siamo in attesa di confrontarli con quelli provenienti da altri esperimenti».

Nel corso di tre anni i ricercatori hanno preso nota dei tempi di arrivo degli oltre 15.000 neutrini sparati dal CERN verso l’Italia. Hanno così potuto calcolare che mediamente percorrevano 730 chilometri con un anticipo di 20 parti per milione sul tempo previsto e calcolato in base alla velocità della luce. L’incertezza sistematica della misura è stata fissata a 10 nanosecondi e, sommandola al calcolo, non porterebbe a conclusioni diverse da quelle cui sono giunti i ricercatori.

Insomma, «su una corsa di fondo di 730 chilometri i neutrini passano il traguardo con 20 metri di anticipo» è quanto afferma in termini semplificati la nota del CERN. «Abbiamo passato sei mesi a rifare tutto daccapo -ha spiegato Autiero-. Misure e contromisure, incluse le verifiche dei rilievi topografici e l’analisi degli effetti del sisma dell’Aquila sul territorio. Ma il risultato è sempre lo stesso: i neutrini viaggiano più veloci di quanto dovrebbero secondo Einstein, sfidando la teoria della relatività.»

«Quando un esperimento si imbatte in un risultato apparentemente incredibile e non riesce a individuare un errore sistematico che abbia prodotto quella misura, la procedura standard è sottoporlo ad una più ampia indagine». Questo è quanto emerso dalle dichiarazioni del direttore scientifico del CERN, Sergio Bertolucci.

Parlando con rigore scientifico, velocità superiori a quella della luce sono ammesse sia dalla quantistica che dalla fisica classica, ma solo ed esclusivamente in determinate condizioni eccezionali. La prima prova sperimentale del fenomeno si è avuta nel 1992 all’Istituto Max Planck di Colonia, dalla quale si arrivò a generare l’affermazione secono la quale: un pacchetto di onde può avere velocità “superluminale” nella zona intermedia tra due barriere. Ma questo è un caso nettamente diverso da quello del Gran Sasso.

«Una scoperta sorprendente che potrebbe avere conseguenze enormi, cambiando il nostro modo di vedere l’universo» afferma il presidente dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Roberto Petronzio.

Facendo delle ipotesi, una delle possibili conseguenze potrebbe essere che lo spazio-tempo non è continuo: questo è un effetto reale, ma che non si percepirebbe nell’esperienza diretta. «È come pensare a far scorrere la mano su una superficie liscia al tatto, ma che vista a livello atomico è un colabrodo. La mano però ha una dimensione tale da non percepire la realtà al livello degli atomi. Se i neutrini sono più veloci della luce non vuol dire che non c’è più una velocità limite».

Potrebbe accadere qualcosa di simile a quanto è avvenuto in passato con la meccanica di Newton e Galileo: «Sono ancora valide, ma non alla luce della meccanica quantistica». Petronzio conclude affermando che: «Adesso ci sarà un’ondata di scetticismo, come è sempre accaduto per tutte le grandi scoperte. Basti pensare che la teoria sull’effetto fotoelettrico che portò Einstein ad avere il Nobel all’inizio era stata bollata come bizzarra. Non c’è però dubbio che, se la teoria sarà confermata, lavoreremo su questo per anni perché ha una portata fondamentale».

I neutrini sono considerati da oltre cinquant’anni alcune tra le particelle più misteriose e sorprendenti a noi note. Molti studi sono stati fatti negli anni su di essi e a volte questi studi sono stati collegati a misteriosi accadimenti.
Ettore Majorana si occupo, tra l’altro, anche dei neutrini e la sua scomparsa rimane tutt’ora un mistero. Bruno Pontecorvo fu un grande studioso di queste particelle e fu costretto a fuggire nell’ Unione Sovietica perché sospettato di spionaggio. Tanti fitti misteri nascosti dietro un unico grande mistero, quello della natura nella sua composizione più intima ed infinitesimale.

Mirko Carnevale

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