8 feb 2012_I dubbi della fisica nel III millennio_parte I

I dubbi della fisica nel terzo millennio
– Parte I
Neutrini superluminali?
•
PREMESSE
• Due pilastri hanno sostenuto la fisica moderna
negli ultimi 100 anni con enormi successi:
• 1) La Relatività (1905 e 1916)
• 2) La Meccanica Quantistica (1900-25)
L’elettromagnetismo (Maxwell 1864) era già una
teoria relativistica a tutti gli effetti
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Un superamento della relatività (cioè
neutrini superluminali)
• comporterebbe una revisione completa
dell’elettromagnetismo che finora non aveva
mai dato segnali di sofferenza (fotoni privi di
massa, invarianza di gauge ecc.).
• Chi ha annunciato i risultati sperimentali l’ha
fatto con la massima cautela possibile
dicendo e ribadendo che andranno verificati
più volte
• La piaga di diversi tipi di divulgatori …
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Qualche unità di misura e terminologia
• Velocità della luce nel vuoto ≈ 300.000 km/s = 3
x 108 m/s
( terra-luna in un secondo circa, 8 minuti e ½ soleterra)
1 millisecondo = 1 ms = 10-3 s
1 microsecondo = 1 μs = 10-6 s
1 nanosecondo = 1 ns = 10-9 s
In un nanosecondo la luce nel vuoto copre 1/3 di
metro circa
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Esperimento Opera ai LNGS
• Tre elementi “oggettivi”:
• 1) la misura del tempo della produzione
dell’intenso fiotto di neutrini emessi al CERN da
parte dei fasci di protoni assorbiti in una
targhetta densa (1020 protoni)
• 2) la misura del tempo di rilevazione dei
pochissimi neutrini (circa 16.000) rivelati al
Gran Sasso nell’ambito del primo esperimento
• 3) la misura della distanza sorgente - rivelatore
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Risultati primo esperimento
• Il risultato: 60 nanosecondi di anticipo rispetto
al tempo che impiegherebbe la luce (circa 20
metri su 735 km); è un numero piccolissimo, i
soli effetti di relatività generale considerati
nelle correzioni quotidiane dei segnali GPS
sono 1000 volte più grandi.
• Opera calcola che l’incertezza sulla distanza di
735 chilometri percorsi nella crosta terrestre
(“Tunnel Gelmini”) sia di circa 20 cm!
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A che punto è Opera?
• In una revisione dell’esperimento, (dicembre
2011) i “pacchetti” di neutrini sono compresi in
tre ns e spaziati di 524 ns
• Il miglioramento è notevole rispetto settembre
2011; in quel caso i fasci duravano 10,5 μs e
erano distanziati di 50 ms.
• I 20 eventi di rivelazione di neutrini raccolti
hanno portato gli sperimentatori di Opera non
solo a confermare ma a rafforzare la conclusione
che tali neutrini siano superluminali.
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• Nonostante ciò, pochi fisici oggi sarebbero
disposti a scommettere sulla esistenza di
neutrini superluminali sia per pregiudizi
teorici e perché l’elettromagnetismo
funziona benissimo.
• Quali sono le critiche di tipo osservabile?
• A parte dubbi eventuali residui sulla
precisione della misura della distanza,
essenzialmente due
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Sheldon Glashow e Andrew Cohen
• Neutrini superluminali dovrebbero emettere
una specie di luce Čerenkov (analoga a quella
emessa da particelle cariche che in un mezzo
viaggino a velocità superiore a quella della
luce in quel mezzo) con emissione di coppie
e+e• l’effetto è così importante che dovrebbe
ridurre l’energia dei neutrini di Opera del 30%
• Ma ciò non si verifica
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SN 1987A
• I neutrini emessi nella esplosione della
supernova SN1987A nella nube di
Magellano a 150.000 anni luce,
sarebbero dovuti arrivare mesi prima
della luce cosa di cui non c’è stata
alcuna evidenza
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• Un esperto di radiazione Cerenkov,
Matt Strassler ha scritto:
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• We have supernova’s neutrinos with energies
100–1000 times smaller than those in
OPERA’s beam that travel within a few parts
per billion of light speed
• We have neutrinos with energies 100–1000
times larger than OPERA’s that travel within a
few tens of parts per billion of light speed.
• We have OPERA, which observes an effect of
20 parts per million, and yet if neutrinos
traveled as fast as that, OPERA should have
seen its high-energy neutrinos depleted due
to CG emission, but did not.
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Conclusioni di Strassler
• Can we conclude that the OPERA result is
impossible? No. Implausible? Deeply
• Le stesse conclusioni le raggiunge
l’esperimento Icarus (LNGS) che non ha
osservato nessuna variazione di energia
nei neutrini che ha raccolto provenienti
dal CERN e che pertanto dichiara di non
credere ai risultati di Opera
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• Una seconda motivazione (molto meno
dibattuta), è che OPERA non ha considerato,
non solo gli effetti dovuti alla gravità nelle
equazioni matematiche, ma anche quello negli
orologi utilizzati durante l’esperimento.
• La gravità interviene in maniera diversa nelle
due stazioni coinvolte, i LNGS e il CERN
• uno dei due orologi potrebbe aver misurato un
intervallo di tempo inferiore all’altro alterando
la misura del tempo associato ai fotoni e ai
neutrini.
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LA CONCLUSIONE è che per il
momento non c’è conclusione
• In corso un’intensa attività sperimentale
per verificare l’effetto sia all’interno di
OPERA sia da parte di altri esperimenti
al Gran Sasso, negli Stati Uniti e in
Giappone, dove esistono fasci analoghi
di neutrini.
• Ne riparliamo l’anno prossimo
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