continua la polemica sulla velocità dei neutrini

Più veloce della luce?

Einstein’s relativity, which seemed to have been beated by the OPERA results, once again could give the key to explain the mistery of neutrinos speed > c

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miss-tick sui muri di parigi una bella donna corre flessuosamente, la scritta dice: corridore di fondo io faccio sognare imarciatori

Il 22 settembre 2011 P. Migliozzi, uno dei più di 150 partecipanti all’esperimento OPERA, depositava nell’archivio informatico arXiv [1] il primo annuncio di un risultato clamoroso [2]: i neutrini generati al CERN hanno raggiunto i rivelatori del Gran Sasso 64 ns prima di quanto avrebbe fatto un raggio di luce sullo stesso percorso di circa 730 Km, lasciando indietro i fotoni di circa 18 m.

L’annuncio determinò un enorme scalpore, sia nella comunità dei fisici di tutto il mondo che sui mezzi di diffusione di massa. Persone che non avevano mai sentito parlare di neutrini seppero per la prima volta più o meno (ma piuttosto meno) di cosa si trattava, e anche Einstein fu di nuovo sulla bocca di tutti. Iniziava nel contempo da parte dei partecipanti all’esperimento una intensa attività di seminari e conferenze in tutte le università e di interventi sia radio che televisivi nelle trasmissioni specializzate. Una autorevole istituzione preposta alla amministrazione della scienza nel nostro paese volle congratularsi personalmente del fatto che un’impresa alla quale avevano partecipato anche scienziati italiani avesse ottenuto di battere il record di velocità detenuto fino a qual momento dalla luce; in Italia il risultato fu reclamizzato al di là di ogni precedente: più della scoperta di altri pianeti simili alla Terra in altri sistemi stellari, più della clonazione della pecora Dolly, più ancora della dimostrazione dell’ultimo teorema di Fermat [3]. Nel contempo si assisteva ad un intenso e rapido proliferare di articoli che prendevano in esame svariati aspetti dell’esperimento e varie ipotesi di spiegazione, compresa quella che i neutrini potessero essere in realtà tachioni, particelle di massa immaginaria [4] più veloci della luce e compatibili con la relatività di Einstein.

Una lettura attenta dell’articolo originale mostra alcune stranezze. La prima, evidente, che si è poi ripetuta in tutte le conferenze e seminari successivi, è la dichiarazione che viene riportato solamente il risultato di una misura, che non se ne tenta alcuna interpretazione e che si devono attendere gli esiti di altre determinazioni da parte di altri esperimenti. Insoddisfacente appare inoltre il fatto che malgrado la descrizione delle procedure impiegate per la determinazione del tempo di volo dei neutrini occupi parecchie pagine, essa appare assai lacunosa. In casi come questo sarebbe stato desiderabile conoscere tutti i dettagli, tutte le tecniche, tutti i passaggi e tutti i risultati numerici con le loro elaborazioni.

Il 12 ottobre, venti giorni dopo il primo annuncio, veniva depositata in arXiv la prima versione di un articolo di R.A.J. Van Elburg [5] nel quale si avanzava una spiegazione molto convincente dell’anomalo valore del tempo di volo. Nella figura seguente, tratta dall’articolo originale della collaborazione OPERA, è sintetizzata la tecnica per la sincronizzazione degli orologi al CERN e al Gran Sasso, mentre una descrizione molto dettagliata dell’intera struttura di temporizzazione nei due laboratori è reperibile in [6], in particolare a partire dalla pagina 76.

schema delle misure di tempo che utilizzano il gps nell'esperimento sulla velocità dei neutrini

 

Come si vede, gli orologi alle estremità della base di misura vengono sincronizzati facendo riferimento ad uno stesso orologio, quello che sta su quel satellite del sistema GPS che in quel momento è simultaneamente in vista dalle due stazioni. L’idea di Van Elburg è dunque la seguente: poiché l’orologio di riferimento viaggia a bordo di un satellite che orbita a circa 20.000 Km di quota, alla velocità di 3,9 Km /s e con una direzione circa parallela alla congiungente Ginevra-Gran Sasso, occorre introdurre una correzione sui tempi di quegli orologi. A quanto è dato capire le correzioni necessarie sono almeno due: una dovuta alla contrazione di Lorentz, di cui gli autori di OPERA sembrano avere tenuto conto, e una seconda, relativistica, di cui non sarebbe stato tenuto conto, dovuta al cambio di scenario come visto dal satellite. L’autore calcola questo errore, trova che esso è esattamente di 64 ns e che ha la giusta direzione.

Il 17 novembre veniva depositata in arXiv una seconda versione di 32 pagine del rapporto della collaborazione OPERA, assai ampliata rispetto alla precedente, nella quale la descrizione delle procedure per la determinazione del tempo di volo occupano ora più di 5 pagine, contro le tre della versione precedente. La precisione delle determinazioni riportate è ora migliorata anche grazie all’uso di impulsi di flusso di neutrini della durata di 3 ns, molto più brevi rispetto a quelli di 10 s impiegati precedentemente, e fornisce un valore finale di circa 58 ns del tempo di anticipo dei neutrini sulla luce. Vengono anche prese in considerazione [7] parecchie eventuali correzioni, come quella per l’effetto Sagnac dovuto alla rotazione della Terra, la rivoluzione della Terra intorno al Sole, il moto dell’intero sistema solare rispetto alla Via Lattea, l’influenza del campi gravitazionali del Sole, della Luna e della Via Lattea, il red shift gravitazionale dovuto alle differenti quote del CERN e del Gran Sasso, gli effetti relativistici dovuti alla rotazione della Terra, le correzioni dovute al fatto che la terra non è una sfera (correzione geometrica di Schwartschild) ecc., ma non viene mai citata la correzione indicata da Van Elburg. Correzione che non è stata citata nemmeno nei vari seminari e nelle sedi nelle quali si è discusso su questo inaspettato risultato [8]. In realtà, se l’obiezione di Van Elburg fosse fondata, essa porrebbe fine a tutta la questione della velocità superluminale dei neutrini di OPERA, una fine ingloriosa di un esperimento straordinario.

Note

[1] “arXiv” (pronunciato "archiv", poiché la lettera greca "X" si pronuncia chi) è un archivio per preprints elettronici di articoli scientifici nei campi della matematica, della fisica e delle scienze in generale.

[2] "Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam" disponibile online in arXiv 1109.4897. Stranamente il sito di OPERA riporta la data del giorno dopo come data dell’anuncio: vedi http://operaweb.lngs.infn.it/spip.php?rubrique14&lang=en

[3] In realtà esistono casi in cui la luce ha una velocità maggiore di c. Questo capita con i gruppi di onde in mezzi con dispersione anomala. La prima evidenza sperimentale fu ottenuta da Wood nel 1901 in uno straordinario esperimento con le righe del doppietto del sodio in interazione risonante con vapore di sodio, che fornì per l’indice di rifrazione un valore n < 0,8. Vedi R. W. Wood, “The Anomalous Dispersion of Sodium Vapour,” Proc. R. Soc. Lond. 69(451-458), 157–171 (1901), e in seguito: R.W. Wood, Physical Optics, McMillan Co. (1911).

[4] Secondo la relatività speciale una particella non può avere una velocità maggiore di c poiché la sua massa diviene immaginaria. Vedi anche le conclusioni dell’articolo: L. Ramello, “I neutrini di OPERA”, LFnS XLIV, n 3, p. 127.

[5] R.A.J. Van Elburg, “Measuring Time of Flight Using Satellite-Based Clocks”, http://arxiv.org/abs/1110.2685, a cui seguivano successive versioni il 13 e il 17 ottobre e la versione finale il 18 novembre.

[6] G. Brunetti, “Neutrino velocity measurement with the OPERA experiment in the CNGS beams”, PhD thesis, in joint supervision from Université Claude Bernard Lyon-I and Università di Bologna, 2011, scaricabile da:

http://operaweb.lngs.infn.it:2080/Opera/ptb/theses/theses/Brunetti-Giulia_phdthesis.pdf

[7] Tutte queste correzioni vengono esaminate in dettaglio in: E. Kiritsis and F. Nitti, “Special and General Relativity corrections to the OPERA neutrino velocity measurement”, in: <http://operaweb.lngs.infn.it:2080/Opera/publicnotes/note136.pdf

[8] Poco dopo l’apparizione dell’articolo di Van Elburg, l’autore della presente nota ne inviava la notizia sulla posta elettronica dell’Area Fisica della sua Università. Si aspettava, e avrebbe desiderato, che qualcuno degli esperti relativisti suoi colleghi, o dei colleghi che lavorano in ambito INFN, rispondesse diffondendo commenti, contestazioni, dimostrazioni di errori o altro. Ciò che ne è seguito è stato solamente un clamoroso e assoluto silenzio. L’autore ha in seguito richiesto ad un riconosciuto esperto di relatività una opinione sulla correttezza dell’articolo di Van Elburg. La risposta è stata che quella trattazione è del tutto corretta.

 

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Commenti

a differenza di Pegna a me l'articolo di van Elburg non aveva convinto affatto e Pegna
è a conoscenza del mio parere. Ora io posso benissimo aver torto, ma
oggi sappiamo che la misura sui neutrini è stata riconosciuta sbagliata
per altre ragioni. Mi domando: non sarebbe  il caso che Pegna
aggiungesse, oltre alla nota 8, dove dice che un esperto di relatività
ha giudicato corretto il lavoro di van Elburg, anche il mio parere, che
era diverso? E visto che ci sono stati gli sviluppi che sappiamo, che
hanno "spiegato" l'errore della misura in tutt'altro modo, non sarebbe
opportuno emendare, completare, o quello che si vuole, l'articolo di
Pegna con gli sviluppi successivi?

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E' come se ci fosse una intrusione di tipo "politico- pubblicitario" nella ricerca scientifica.

Vi ricordate la "fusione fredda". Allora fu diverso. Sarebbe stata una cosa stupenda. I ricercatori pubblicarono l'articolo in modo che tutti potessero fare la replica dell'esperimento, tutti si gettarono su quell'esperimento (era ovvio, pensate alle possibili ricadute...). E fu una grande delusione.

Qui è stato diverso. A me sembra di poter ricostruire così (scusate la pignoleria, ma nel mondo superinformato si perde memoria, se qualcuno si ricorda cose diverse ce le dica...).

Zichichi bruciando sui tempi i ricercatori dette il grande annuncio. Egli non è nuovo a strane boutades. Mi ricordo ancora molti anni fa: eravamo un gruppetino di fisici, stavamo mettendo in piedi una serie di seminari, quando guardando la telvisione, ci fu una dichiarazione di Zichichi."io sono galileiano. E i buchi neri non esistono""ehm perché non esistono?" "perché se esistessero li potrei riprodurre in laboratorio, poiché non sono in grado di riprodurli in laboratorio allora non esistono. Io sono profondamente Galieleiano". Ci cadde la mascella per terra e fu arduo raccoglierla... La storia fece giustizia di quella affermazione, fatta da persona sicuramente dotta e ben informata (e soprattutto galileiana. Povero Galileo...). Ma ovviamente nessuno si ricorda oggi di quello che fu affermato allora, e la faccia è salva e la notorietà pure.

Quindi a settembre dello scoros anno il grande annuncio di Zichichi: svolta epocale, Einstein confutato, si può superare la velocità della luce. E gli autori di questa grandissima svolta epocale sono un gruppo di ricercatori italiani.

I ricercatori, bruciati sui tempi e sulle prudenze pubblicarono (furono costretti a pubblicare?) la loro ricerca. Con tutto quel che segue.

Tutti si affrettarono a balzare sul carro (non si sa mai, se fosse vero, voglio esserci anch'io, spingi spingi...).

La Gelmini, ministro della cosidetta istruzione si lanciò anche lei:"vedete cosa siamo in grado di fare? E noi abbiamo partecipato con soldi alla costruzione ... DEL TUNNEL Dalla Svizzera al Gran Sasso". E la rete la seppellì di risate...

La discussione scientifica si è invece fatta seria. L'articolo che cita Guido Pegna nel suo articolo è serio e pone dei dubbi, ma fu scartato. Gettava un'ombra sui ricercatori?

Recentemente si è detto che l'errore stava sì nella sincronizzazione degli orologi, ma era dovuto a un cavo che doveva essere in uno stato o nell'altro e invece era in uno stato intermedio. Almeno è questo che ricordo. Spiegazione un po' strana. Magari dichiarare un errore dei calcoli sarebbe stato... un po' peggio.

I ricercatori italiani coinvolti nell'esperimento sono molto bravi, non sto discutendo di questo, e la ricerca è veramente complessa e delicata a quegli ordini di grandezza. Ma proprio per questo bisogna andare con i piedi di piombo e non scartare le voci dissonanti dal coro, come quella di Van Elburg, che mi risulta, per altra via, avesse ragione nei suoi conti.

E non bisognerebbe mai forzare la ricerca per annunci tipo giornale scandalistico, anche se verrebbero bene per certe politiche o per certe persone.

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