Un nuovo modello per le masse dei neutrini

via nobelprize.org

Nel modello standard (quello delle particelle elementari), i neutrini sono abbastanza semplici da rappresentare: sono privi di massa. Il motivo per cui sono state prese in considerazione delle masse per i neutrini, aggiunte quindi con modelli esterni al modello standard, è legato alle oscillazioni nel sapore dei neutrini che avvengono nel corso di particolari interazioni.
Come ho raccontato diversi anni fa, l'idea della massa dei neutrini venne a Bruno Pontecorvo nel 1957, mentre 5 anni più tardi Ziro Maki, Masami Nakagawa e Shoichi Sakata introdussero una matrice che rappresentava l'oscillazione dei neutrini predetta da Pontecorvo. Questa matrice mescola i neutrini fondamentali, che possiamo descrivere con l'equazione di Majorana, per produrre i neutrini leptonici che conosciamo.

Arriva l'ultra-neutrino!

Nel video in cui Alain e Michele si divertono a raccontare quali saghe andrebbero a ristampare nella nuova collana di ristampe disneyane da edicola è spuntata fuori una saga piuttosto interessante, quella degli Ultraheroes. La serie, datata 2008, e sviluppata da diversi autori disneyani, tra cui Giorgio Salati e Riccardo Secchi, ha presentato delle versioni ultra dei supereroi disneyani, riprendendo il mood dell'Ultimate-verse della Marvel, che era nato nel 2000. E allo stesso modo i neutrini che sono stati rilevati dalla collaborazione Km3NeT sono essi stessi ultra, come gli Ultraheroes. E d'altra parte anche il titolo dell'articolo uscito su Nature non lascia alcun dubbio sulla cosa:

The KM3NeT Collaboration. Observation of an ultra-high-energy cosmic neutrino with KM3NeT. Nature 638, 376–382 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08543-1

Storia di un neutrino

Domani 19 settembre tornano i Cieli di Brera, le conferenze a tema astronomico organizzate dall'Osservatorio Astronomico di Brera. Per l'occasione alle 18:00 presso la Sala della Passione della Pinacoteca di Brera, Palazzo Brera, Via Brera 28, Milano, in collaborazione con la Pinacoteca di Brera e l'Istituto Lombardo, ci sarà Chiara Righi con Storia di un neutrino: dalle fucine cosmiche al ghiaccio del Polo Sud:

I neutrini sono strane particelle di cui stiamo ancora cercando di capire le caratteristiche principali. Da una cinquantina di anni non smettono mai di stupirci, spingendo la nostra curiosità e tecnologia sempre ai limiti. Hanno la capacità di trasformarsi, di scappare dai nuclei delle stelle e di fare molta più strada di ogni altra particella che conosciamo. L'ultima volta che ci hanno meravigliato è stato nel settembre 2017, quando dal polo sud siamo riusciti ad osservare un neutrino ad energie altissime proveniente da una galassia lontana lontana. Più precisamente il neutrino che è diventato tanto famoso proveniva dal getto di un nucleo galattico attivo, una specie di acceleratore naturale di particelle che ci punta contro. Durante la serata cercheremo di capire meglio cosa sono i neutrini e perché sono così sfuggenti alla nostra comprensione. Ci concentreremo sui neutrini astrofisici di alte energie e cercheremo di capire qualcosa di più di quella parte dell'universo così sfuggente.

Visto che sono in argomento, vi ricordo un trittico di articoli neutrinici dall'archivio di DropSea:

La scoperta del neutrino | La particella trasformista | Neutrini: tra Pontecorvo e Majorana

Come sempre, ingresso libero fino a esaurimento posti (100 al massimo). e per chiudere le classiche informazioni (in questo caso una sorta di... autobiografia!) sulla conferenziera:

Nata a Genova e laureata in Fisica, lascio il mare, la focaccia ed il pesto (pazzia!!) alla volta della Brianza per dottorarmi in Astrofisica. Adesso viaggio spesso alle Canarie, e studio le galassie lontane lontane... alla fine non mi è andata poi così male. La mia buona stella mi ha accompagnato anche nei successi lavorativi, partecipando attivamente (sia tramite osservazioni che dal punto di vista teorico) ad una delle scoperte più importanti negli ultimi dieci anni sui neutrini astrofisici. Mi piace poi tornare a Genova e raccontare ai miei amici delle mie disavventure, magari in spiaggia con fritto misto e birra...

Ritratti: Ettore Majorana

cc @Popinga1 @marcocattaneo @peppeliberti @Pillsofscience @mediainaf

Da quel che si racconta, Ettore Majorana è stato una persona schiva, timida, tranquilla, ma al tempo stesso così razionale da non riuscire ad appassionarsi realmente al mondo in cui viveva. Anche per questo, delle molte teorie intorno alla sua scomparsa, quella passionale mi risulta quella meno probabile. Di Majorana, infatti, si sono perse le tracce il 27 marzo del 1938, poco più di 80 anni fa. Aveva 31 anni ed era partito da Napoli verso Palermo con un piroscafo. La sua ultima missiva, indirizzata ad Antonio Carrelli, professore di Fisica presso l’università Federico II di Napoli, era datata 26 marzo 1938, Palermo:

Caro Carrelli,
Spero che ti siano arrivati insieme il telegramma e la lettera. Il mare mi ha rifiutato e ritornerò domani all’albergo Bologna, viaggiando forse con questo stesso foglio. Ho però intenzione di rinunziare all’insegnamento. Non mi prendere per una ragazza ibseniana perché il caso è differente. Sono a tua disposizione per ulteriori dettagli.

Nonostante prese il traghetto che da Palermo lo avrebbe dovuto riportare a Napoli, come attesta Vittorio Strazzeri che con lui avrebbe diviso la cuccetta su quella nave, non venne più ritrovato e da allora le teorie sul suo destino sono fioccate quasi quanto quelle sui neutrini superluminali di qualche anno fa. E, come vedremo, proprio ai neutrini è più strettamente legato il nome di Majorana.

I ragazzi di via Panisperna

Nato a Catania il 5 agosto del 1906 da Fabio Massimo Majorana, ingegnere e matematico, e da Dorina Corso, mostrò fin dall’età di 5 anni una predilezione e un particolare talento per la matematica.
Conclusi gli studi classici nel 1923 a Roma, dove la famiglia si era trasferita due anni prima, si iscrisse alla facoltà di ingegneria, dove suoi compagni di corso, tra gli altri, erano Emilio Segrè e Vito Volterra.
Il passaggio a fisica avvenne sotto la spinta di Segré, che era stato avvicinato da Franco Rasetti ed Enrico Fermi: dopo alcune discussioni con quest’ultimo (e dopo aver verificato alcuni calcoli di Fermi, come riporta Leonardo Sciascia nel suo La scomparsa di Majorana), decide di cambiare facoltà, diventando così uno dei famosi ragazzi di via Panisperna e laureandosi il 6 luglio del 1929 con la votazione di 110/110 e lode.
Il suo lavoro presso il dipartimento consistette essenzialmente nella realizzazione di calcoli in vari campi della fisica e non solo in quello nucleare, l’argomento principale trattato dal gruppo di Fermi.
Il suo carattere schivo e timido viene ben descritto da Laura Fermi, moglie di Enrico, sempre nel già citato libro di Sciascia:

Majorana aveva però un carattere strano: era eccessivamente timido e chiuso in sé. La mattina, nell’andare in tram all’Istituto, si metteva a pensare con la fronte accigliata. Gli veniva in mente un’idea nuova, o la soluzione di un problema difficile, o la spiegazione di certi risultati sperimentali che erano sembrati incomprensibili: si frugava le tasche, ne estraeva una matita e un pacchetto di sigarette su cui scarabocchiava formule complicate. Sceso dal tram se ne andava tutto assorto, col capo chino e un gran ciuffo di capelli neri e scarruffati spioventi sugli occhi. Arrivato all’Istituto cercava di Fermi o di Rasetti e, pacchetto di sigarette alla mano, spiegava la sua idea.

Immagine divenuta simbolo, quest’ultima, dello stesso Majorana, tanto da essere utilizzata nel film del 1989 di Gianni Amelio, I ragazzi di via Panisperna, quando con Fermi, in una gara di calcolo, mentre quest’ultimo riempiva un paio di lavagne di formule a Ettore bastava un semplice pacchetto di sigarette per completare i calcoli.

La particella trasformista

Non dite a Brachetti che c'è qualcuno più veloce di lui a cambiare d'abito!

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Dopo il post in inglese sul Nobel per la Fisica 2015, ecco anche la versione in italiano. Come saprete ormai in giro per la rete quest'anno il riconoscimento è andato per l'osservazione sperimentale delle oscillazioni del neutrino. Ai dettagli tecnici, proposti da Bruno Pontecorvo nel 1957 e ulteriormente sviluppati da Zio Maki, Masami Nakagawa e Shoichi Sakata nel 1962, ho dedicato un post teorico, mentre quest'oggi proverò a riassumervi la storia delle osservazioni sperimentali.
Iniziamo, però, dalla scoperta del neutrino.

La scoperta dei neutrini

Fred Reynes e Clyde Cowan

L'esistenza dei neutrini era stata postulata da Wolfgang Pauli⁽¹⁾ ed Enrico Fermi⁽²⁾ nei primi anni Trenta del XX secolo per spiegare il decadimento beta. La prima osservazione della nuova particella è invece dovuta a Clyde Cowan, Frederick Reines, F. B. Harrison, H. W. Kruse, e A. D. McGuire⁽³⁾:

La velocità di un segnale prodotto dalla reazione 1 \[\nu_{-} + p^{+} \rightarrow \beta^{+} + n^0\] deve essere una funzione linerare del numero di protoni forniti come bersaglio per i neutrini.

Il gruppo osservò due segnali:

Il secondo impulso del segnale della coppia ritardata osservato è stato identificato come dovuto alla cattura di un neutrone dal cadmio nel bersaglio d'acqua.

La scoperta venne premiata con il Nobel per la Fisica nel 1995.
Uno dei fatti più curiosi riguardo i Premi Nobel legati ai neutrini è che il premio per la scoperta dei sapori dei neutrini è stato assegnato nel 1988 a Leon Lederman, Melvin Schwartz e Jack Steinberger, quindi prima del premio per la loro scoperta!

Ritratti: Carlo Rubbia

Il modo migliore per aspettare il #Nobel per la #Fisica 2014

In quel giorno di 30 anni fa (stiamo parlando della seconda settimana di ottobre del 1984) ero, quasi sicuramente, a scuola. Sarà stata la terza elementare e ancora la fisica non era una mia passione. Certo iniziavo bene: quando la maestra chiese cos'era lo spazio, io pensai immediatamente all'universo, ma la domanda non era riferita a quello "spazio", ma a un altro, quello di tipo geometrico. Però non è su quei ricordi che bisogna indulgere, ma su una foto particolare, quella in cui Carlo Rubbia e Simon van der Meer, con due calici, presumibilmente di vino, in mano festeggiano l'annuncio del Nobel per la Fisica

per i loro decisivi contributi al grande progetto che ha guidato la scoperta delle particelle di campo $W$ e $Z$, mediatori dell'interazione debole

La storia di questo Nobel, però, inizia 8 anni prima, nel 1976. In quell'anno, infatti, inizia a operare SPS, il sincrotrone a protoni del CERN originariamente progettato per accelerare le particelle fino a un'energia di 300 GeV.

Quello stesso anno David Cline, Carlo Rubbia e Peter McIntyre proposero di trasformare l'SPS in un collisore di protoni-antiprotoni, con i fasci di protoni e antiprotoni che ruotavano uno opposto all'altro nello stesso tubo per collidere frontalmente. Questo avrebbe permesso energie nel centro di massa in un intervallo tra i 500 e i 700 GeV.⁽¹⁾

D'altra parte gli antiprotoni vanno in qualche modo raccolti. Il fascio corrispondente venne allora

(...) statisticamente raffreddato nell'accumulatore di antiprotoni a 3.5 GeV, ed è qui che l'esperienza di Simon Van der Meer e collaboratori gioca un ruolo decisivo.⁽¹⁾

Neutrini: tra Pontecorvo e Majorana

L'ispirazione per questo post nasce da una news di metà luglio sui neutrini (via smoot). Con l'idea di recuperare pezzi di contenuti di due vecchi post dedicati a queste sfuggenti particelle, avevo iniziato a mettere giù un paio di appunti, poi tra le varie cose non sono riuscito a pubblicare niente fino a ieri, centenario di Bruno Pontecorvo, il fisico italiano che per primo ha proposto l'oscillazione dei neutrini. Dopo la pubblicazione del post in inglese, oggi giunge il turno della sua versione italiana.

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Il neutrino è una delle particelle più sfuggenti in tutto lo zoo delle particelle, elementari e non, a noi note. Le ragioni sono semplici: innanzitutto il neutrino è una particella senza carica elettrica e quindi impossibile da rilevare con esperimenti elettromagnetici, costringendo così i fisici a dover ideare degli esperimenti indiretti per rilevarli; inoltre il neutrino interagisce solo attraverso la forza debole. D'altra parte il neutrino, all'interno del Modello Standard, è anche considerato senza massa, mentre da un punto di vista sperimentale è stato scoperto che esso è dotato di questa qualità, di cui all'inizio del 2000 l'esperimento Mainz e Troitsk ha determinato un limite massimo intorno ai 2.2 eV, ovvero circa 4 milioni di volte più leggero di un elettrone!

Carlo Franzinetti (sinistra) e Bruno Pontecorvo (destra)

L'idea di massa del neutrino è dovuta a Bruno Pontecorvo, che introdusse nel 1957 la così detta oscillazione del neutrino^{(1, 2)}: il modello prevede l'esistenza di tre neutrini di base che combinandosi tra loro danno vita ai neutrini leptonici usualmente osservati negli esperimenti. I dettagli matematici vennero successivamente sviluppati nel 1962 da Ziro Maki, Masami Nakagawa e Shoichi Sakata⁽³⁾:

ITIS Galileo: Icarus

Nello speciale di ieri di La7, dopo la messa in onda dello spettacolo teatrale ITIS Galileo di Marco Paolini, andato in onda presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso, l'attore ha iniziato a girare per i laboratori spiegando alcuni degli esperimenti presenti nelle viscere della montagna. Il nostro ha ovviamente toccato un grande esperimento come OPERA, diventato famoso per i neutrini più veloci della luce (risultato che poi si è scoperto falsato da un errore sperimentale), spiegando che in effetti l'esperimento non era stato costruito per effettuare misure di velocità sui neutrini (obiettivamente, però, questa misura ha consentito, nonostante tutta la pubblicità forse eccessiva intorno alla presunta scoperta, di scoprire un errore che avrebbe falsato le misure per cui OPERA è stato costruito). L'altro grande esperimento, che ha anche contribuito a suggerire l'esistenza di errori dentro OPERA, presentato da Paolini è stato ICARUS, ideato e progettato dal Nobel Carlo Rubbia.
La filosofia dietro ICARUS, anch'esso un esperimento dedicato alla ricerca sui neutrini, è la stessa che si trova dietro alle classiche camere a bolle. Per camera a bolle si intende una camera riempita con un liquido, preferibilmente idrogeno (se non ricordo male), facilmente ionizzabile: in questo modo, infatti, una particella carica che attraversa il mezzo o che viene creata al suo interno, genera, cedendo energia, una scia di bolle ionizzate dalla cui rilevazione (scattando delle fotografie con una macchina posta sopra la camera) si possono determinare traiettoria, energia, tipo di particella, fino anche all'identificazione del tipo di interazione (in effetti questa parte è facile: una volta identificata la particella, si può confrontare l'interazione con quelle teoricamente previste per capire bene cosa è avvenuto).
In questo genere di rilevatori, ICARUS, come scritto sul sito del Gran Sasso, rappresenta una nuova generazione di camere a bolle: il detector costruito dagli LNGS è potenzialmente in grado di rilevare i passaggi dei neutrini atmosferici, di quelli solari oltre alla ben più ambiziosa osservazione del primo decadimento di un protone, senza dimenticare, comunque, le verifiche delle oscillazioni dei neutrini. Come infatti spiegava ieri Paolini, i neutrini, in natura, sono presenti in tre distinti sapori, se così possiamo dire, ognuno associato a neutrini differenti: abbiamo infatti i neutrini elettronici, i più leggeri e legati alle interazioni che danno come risultati gli elettroni; i neutrini muonici, quelli di mezzo; i neutrini tauonici, quelli più pesanti. L'idea dell'oscillazione, già verificata⁽¹⁾, è che se in un fascio monocromatico di neutrini almeno uno di loro cambia sapore, allora il neutrino possiede una per quanto piccola massa.
ICARUS, prima di mettersi in opera, ha avuto una fase di test con un prototipo che ha fornito questo risultato:

Il prototipo, di 3-ton, ha successivamente portato alla costruzione del rilevatore vero e proprio, un oggetto da 600 ton che si è presto dimostrato all'altezza dei compiti assegnatigli:

Epperò i neutrini potrebbero ancora andare più veloci della luce!

Il titolo, qualora non lo si fosse capito, vuole essere da una parte ironico, ma dall'altra serio, perché non è detto che gli errori sperimentali, anticipati su Science Insider, debbano necessariamente portare a una misura della velocità dei neutrini inferiore rispetto a quella misurata a suo tempo da OPERA.
Ad ogni modo, come scritto nel comunicato ufficiale dell'INFN e riassunto da Peppe su Focus, i problemi riscontrati sono due, uno con la sincronizzazione dei GPS (problema, tra l'altro, già posto nel seminario di presentazione dei dati) e l'altro con una fibra ottica forse collegata male: insomma due problemi ingegneristici, che rendono piuttosto poco corretto il messaggio di tipo calcistico che mi sono ritrovato ieri notte su tumblr:

Einstein nel 1911 1, scienziati del 2011 0

In effetti i grossi problemi con tutta la storia sono stati quando la misura è diventata pubblica. Il problema di fondo, credo, è ed è sempre stato quello che rilevai (come ho anche scritto nella pagina di discussione dalle parti di Moreno) sin dai tempi di Comunicare Fisica: i responsabili degli esperimenti preferiscono lo stile giornalistico e gli annunci strombazzati per raccontare la scienza, e non lo stile, consolidato da secoli, che è caratteristica tipica degli scienziati e che è stato portato nel mondo dei blog da molti ricercatori ed ex-ricercatori. L'idea è quella del far sì che la gente parli in ogni caso degli esperimenti, del CERN, di LHC e dei prodotti correlati, come OPERA in questo caso. L'idea è dunque restare sulla bocca di tutti anche di fronte a dati non completamente verificati, dimenticandosi del vecchio adagio affermazioni eccezionali pretendono prove eccezionali.
Ad ogni modo, prima di chiudere il post, vi segnalo anche il Peppe esplicito e la solita, ottima analisi di Marco. E se poi avete voglia di scherzarci un po' su, passate da Dioniso!

Un po' d'ordine, please

Partiamo dalla fine. Ieri al Dipartimento di Fisica in via Celoria a Milano, Luca Stanco prima e Francesco Villante poi hanno presentato due seminari sulla misura della velocità superluminale dei neutrini. Di novità vere e proprie, in effetti ce n'è una sola, data da Stanca.
Luca è uno dei 15 collaboratori di OPERA che non ha firmato, per vari motivi, il famoso preprint con la misura. Di motivi ce ne sono alcuni, per non essere sicuri già solo della pubblicazione, visto il tipo di risultato che si andava a presentare. Ad ogni modo alcuni di questi, comunque abbastanza noti, sono nell'assoluta certezza che le due funzioni di distribuzione delle probabilità di protoni e neutrini siano identiche. Ricordo, infatti, come già ricordò ieri Stanco, che i neutrini vengono prodotti a partire da un fascio di protoni, che poi sono questi a venire misurati al CERN (abbastanza interessante notare come la differenza di velocità tra protoni e neutrini prodotti è pressoché trascurabile). A questo sono da aggiungere eventuali correzioni al moto della Terra, che sono comunque state fatte e hanno portato ad aumentare il ritardo dei fotoni di circa 2 ns, e la chiarificazione di tutti quegli altri piccoli dettagli che potrebbero contribuire al tempo di volo, senza dimenticare uno studio per capire la presenza di eventuali effetti dovuti all'alternanza di giorno e notte o alla stagionalità. Tutti questi motivi, però, non sono alla base dell'annuncio che Stanco ha diffuso ieri alla chiusura del suo seminario, ovvero che

La collaborazione ha deciso di rinviare di un mese la sottomissione dell'articolo su rivista referata.

Il motivo principale (anche se di motivi ce ne sono due, ma non ho fatto in tempo, uno, ad appuntarlo) è che al CERN stanno preparando dei nuovi treni di protoni appositamente per ripetere la misura sulla velocità del neutrino. Misura che si stanno attrezzando a ripetere sia quelli di MINOS sia quelli di BOREXINO, esperimento adiacente a quello di OPERA.
La seconda parte del pomeriggio è invece passata ascoltando il teorico Villante che ha fatto un breve esame di alcuni (3/4 articoli) tra l'ottantina di preprint usciti da allora su arXiv. Della selezione fatta, oltre all'articolo di Glashow e Cohen, che ha fatto dire in giro un po' dappertutto che l'esperimento di OPERA veniva così falsificato (leggete, ad esempio, Reading science o Tommaso Dorigo dopo l'uscita del preprint di ICARUS sulla faccenda), Villante ha anche tirato fuori dal cilindro un interessante preprint di Micozzi e Bellini che ha animato la discussione nonostante Villante avesse già mostrato come l'idea non era per nulla sufficiente per spiegare il risultato di OPERA. Una spiegazione ottica, o più o meno ottica, è sembrata intrigare non poco i convenuti, ai quali probabilmente è sfuggito un altro preprint, quello di sua maestà sir Michael Berry, scritto tra l'altro insieme con Brunner, uno dei fisici che all'inizio di questo millennio ha lavorato proprio alla superluminalità ottica. Nel loro articolo, sottomesso, per inciso, al Journal of Physics A, arrivano alle stesse conclusioni di Villante, peraltro riproducendo il termine presente nel preprint di Micozzi e Bellini per altre, più brevi vie. E vediamo un po' quale è la storia di questa spiegazione ottica.

Tutto inizia (almeno il mio interesse sulla questione) con la citazione finale di Fast light, fast neutrinos? by Kevin Cahill⁽¹²⁾:

A group velocity faster than $c$ does not mean that photons or neutrinos are moving faster thsn the speed of light.

Il preprint è di appena una paginetta: è una breve analisi nella scrive che è possibile per la velocità di gruppo essere maggiore rispetto a quella della luce, come hanno mostrato alcune osservazioni sperimentali. La storia di queste osservazioni inzia nel 1982⁽¹⁾, ma una interessante collezione di lavori sull'argomento si può trovare in Bigelow⁽⁷⁾ e Gehring⁽¹¹⁾. Sperimentalmente, quando alcuni impulsi viaggiano all'interno di un mezzo altamente dispersivo, possono avvenire una serie di effetti esotici, e uno di questi è una velocità di gruppo negativa, che coincide con una velocità superluminale.
Nei lavori di Bigelow e Gehring non c'è una vera e propria spiegazione teorica. Ad esempio Bigelow propone:

(...) la combinazione di differenti sezioni d'urto d'assorbimento e del tempo di vita medio degli ioni Cr³⁺ sia nei siti di riflessione sia in quelli di inversione all'interno del reticolo cristallino di BeAl₂O₄. L'ondadi propagazione supeluminale è prodotta da un antibuco stretto [612 Hz] nello spettro di assorbimento degli ioni Cr³⁺ nei siti di riflessione dell'alessandrite, e la luce lenta si origina da un ancora più stretto buco nello (8.4 Hz) nello spettro di assorbimento degli ioni Cr³⁺ nei siti di inversione.

Nel modello il gruppo di Bigelow ha anche considerato

(...) l'influenza degli ioni sia nei siti di inversione sia in quelli di riflessione. In più, le sezioni d'urto di assorbimento sono assunte differenti a differenti lunghezze d'onda.

Le frecce indicano le localizzazioni dei siti ionici che hanno simmetria di riflessione o di inversione. Sulla destra, i corrispondenti diagrammi energetici per gli ioni Cr³⁺ per i diversi siti.

In corsa con i neutrini

Saprete già che il mondo dell'informazione è rimasto sconvolto dai dati dell'esperimento Opera sui neutrini superluminari. Anche il sottoscritto si è concentrato per provare a gettare un po' di acqua sul fuoco. Le reazioni alla notizia, infatti, sono state tra le più disparate: si andava dai catastrofisti disperati per il crollo di Einstein e della relatività (speciale e generale) a quelli addirittura contenti, un po' come quei bambini che sono contenti di dirti che hai sbagliato. Personalmente, pur richiedendo, come hanno fatto gli stessi ricercatori di OPERA, una verifica da parte di un altro esperimento, ho pensato bene di sottolineare come la relatività speciale e il modello standard, le due teorie che sarebbero direttamente collegate con il risultato, non crollerebbero né verrebbero falsificate, come invece vorrebbe il pensiero popperiano ben poco amato nel mondo della scienza e della fisica in particolare. Per fare questo ho scritto due post per Doc Madhattan, Waiting the superluminal neutrinos e From maxwell to Einstein. In particolare il primo ha avuto una quantità incredibile di visitatori ed è stato anche segnalato su Oggi Scienza (un grazie a Stefano Dalla Casa, che spero mi legga anche su queste pagine in italiano!). Cercherò, ora, di riassumere la posizione raccontata in quei due brevi post perché mi sembra giusto e doveroso nei confronti dei lettori italiani.
Iniziamo con le equazioni di Maxwell: \[\vec \nabla \cdot \vec E = \frac{\rho}{\varepsilon_0}\] \[\vec \nabla \cdot \vec B = 0\] \[\vec \nabla \times \vec E = - \frac{\partial \vec B}{\partial t}\] \[\vec \nabla \times \vec B = \mu_0 \vec J + \mu_0 \varepsilon_0 \frac{\partial \vec E}{\partial t}\] Queste equazioni vennero pubblicate da James Maxwell in una serie di quattro articoli, dal titolo On Physical Lines of Force, di cui il primo uscì nel 1861, e servono per descrivere il comportamento del campo elettromagnetico. Il problema, all'uscita delle equazioni, non fu tanto la correttezza della descrizione, quanto la loro non invarianza rispetto alle trasformazioni di Galileo. Per accettare il lavoro di Maxwell, quindi, sembrava di dover dire che quelle trasformazioni erano sbagliate. In realtà, più che quelle trasformazioni ad essere sbagliate, semplicemente le equazioni descrivevano un sistema invariante sotto un'altro tipo di trasformazioni di simmetria, le trasformazioni di Lorentz: \[\begin{cases} t' &= \gamma \left( t - \frac{v x}{c^2} \right) \\ x' &= \gamma \left( x - v t \right)\\ y' &= y \\ z' &= z \end{cases}\] E' semplice, almeno in un corso di fisica, ricavare le trasformazioni di Lorentz nel momento in cui si testano le equazioni di Maxwell con le trasformazioni di Galileo: si trovano i termini che non vanno e si modificano opportunamente le seconde per ottenere le prime. Il passaggio dalle trasformazioni, scoperte nel 1887, alla fisica genera poi la relatività speciale di Einstein con tutto quel che ne consegue. Ora, considerando che è possibile definire la velocità della luce usando le costanti $\mu_0$ e $\varepsilon_0$ e che l'elettromagnetismo si fonda proprio sui quanti di luce, sostituire anche all'interno della relatività speciale la presunta velocità dei neutrini misurata da OPERA vorrebbe dire suggerire che i neutrini (che sono fermioni) sono i veri bosoni dell'interazione elettromagnetica! E' con questo spirito che la relatività speciale è da considerarsi corretta anche nel caso di conferma del risultato di OPERA, non incidendo questo realmente sull'universo elettromagnetico, che poi è quello che abbiamo fino ad ora la capacità di sperimentare. E in questo universo la relatività speciale domina. Il risultato di OPERA, se verificato, ci costringerà, però, a proporre una serie di nuove idee. Alcune ho provato io stesso a immaginarle:

1. cambiare l'interazione debole, che è l'unica, insieme alla gravità, che oggi sappiamo influenzi i neutrini⁽³⁾;
2. approfondire un eventuale legame quantistico tra neutrini e spaziotempo⁽⁴⁾;
3. immaginare una nuova interazione esclusiva dei neutrini^(5);
4. altre idee che al momento non mi vengono (o che sono così radicali da non voler raccontare)⁽⁶⁾;

La scienza, in sostanza, avanza in questo modo: c'è qualcuno che investiga un fenomeno e ne ricava dei dati, quindi li espone al pubblico accademico (e a volte anche a quello non accademico) per chiederne una verifica (dei calcoli, se il lavoro è teorico, dei dati, se sperimentale), e quando questa verifica arriva si potrà decidere se siamo di fronte a una scoperta o a un errore (che può essere di calcolo, per una teoria, o statistico, per un esperimento).
La scienza è così: procede a passi, e le sue rivoluzioni, per quanto veloci, hanno bisogno di tempo, ma non spazzano o falsificano le teorie precedenti, quando queste sono efficaci. In fondo le teorie di Newton e Galileo sono ancora qui tra noi, con tutta la loro efficacia. Quindi anche relatività speciale e Modello Standard, nonostante i catastrofisti o i bambini dispettosi, resteranno ancora qui valide. Andranno, ma lo sappiamo già, estese. Bisognerà trovarne i limiti. Ed è questo il nostro compito per il futuro, ed è anche uno dei compiti di LHC e di molti altri esperimenti nel mondo.

P.S.: Mi sembra doveroso, nell'ordine, segnalare nell'ordine una trascrizione del seminario di OPERA e la sua versione registrata per quelli che se lo sono perso; le considerazioni di Marco Delmastro sul preprint di OPERA; quelle inviate a Jon Butterworth, del Guardian, da un componente anonimo di OPERA che non ha firmato il preprint e che ha espresso le sue perplessità (non molto diverse da quelle di Marco) sul risultato diffuso.
Infine mi corre quasi l'obbligo di segnalarvi l'ultima polemica ministeriale firmata Mariastella Gelmini, ma questa, probabilmente, la conoscete già...

Roberto Petronzio a RaiNews sui neutrini superliminali