Che fine hanno fatto i neutrini?

Le velocità dei neutrini dell'esperimento Opera non sono misurate al cronometro ma calcolate con un metodo statistico: adesso gli scienziati cercano di risolvere le ambiguità con nuovi esperimenti.

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Una scienziata ispeziona un elemento di un rivelatore che intercetta la luce emessa nell'interazione con i neutrini (Foto: Fermilab, Usa - © Peter Ginter / Science Faction / Corbis).

Neutrini superluminali

Le tappe dell'esperimento Cngs/Opera nel dossier dedicato ai neutrini più veloci della luce.

Il clamoroso annuncio della possibile esistenza di neutrini superluminali ha scatenato l'interesse di molti ricercatori che si sono subito lanciati nell'impresa di giustificare o confutare i risultati da un punto di vista puramente teorico o attraverso l'analisi della metodologia sperimentale. Tale clamore, molte osservazioni fondate e qualche scricchiolio nel team Cngs/Opera, con alcuni ricercatori che hanno deciso di non firmare il report preliminare della ricerca (Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam), hanno spinto il team stesso ad avviare una nuova campagna di misure, svolte tra il 21 ottobre e il 7 novembre, prima di presentare il report per la pubblicazione ufficiale.
 
Per comprendere la necessità di questo lavoro supplementare è necessario chiarire il contesto dell'esperimento.

Un fascio di protoni del Cern viene parzialmente convertito in un fascio di mesoni che decade a sua volta in un fascio di neutrini. I protoni vengono estratti dall'acceleratore in pacchetti utilizzando un tempo di estrazione di circa 10 milionesimi di secondo e il fascio di neutrini così prodotto percorre 730 km per essere infine parzialmente rilevato ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso.
 
È impossibile conoscere il tempo esatto di produzione di un neutrino in quei 10 microsecondi ed è quindi impossibile misurare il ritardo con cui un singolo neutrino arriva al rilevatore.
 
Quella che però è nota è la distribuzione temporale dei protoni, che ha una sua struttura ben definita, e per ottenere il ritardo con cui tutto il pacchetto di neutrini estratti in quei 10 microsecondi arriva a destinazione si utilizza un metodo statistico cercando di adattare la distribuzione temporale dei neutrini all'arrivo alla distribuzione temporale dei protoni in partenza.
 
La procedura è ingegnosa ma non priva di rischi perché nessuno può garantire che le due distribuzioni siano identiche, quella dei neutrini potrebbe ad esempio subire piccole deformazioni durante il viaggio e la loro forma può influire enormemente sul risultato, visto che l'effetto rilevato, un tempo di arrivo 60 nanosecondi (60 miliardesimi di secondo, 60*10-9) più breve di quello atteso, è estremamente piccolo rispetto ai 10 microsecondi (10 milionesimi di secondo, 10*10-6) della durata del segnale.
 
La soluzione scelta per questa seconda campagna di esperimenti è stata quella di lavorare con estrazioni molto più brevi, circa 2 nanosecondi, utilizzando così pacchetti di protoni molto meno densi e rilevando dunque meno neutrini. In questo modo molti dettagli sulla produzione di neutrini diventano irrilevanti e è così possibile rimuovere una fonte importante di errori sistematici. È un grande passo in avanti nella ricerca di un risultato che sia il meno ambiguo possibile.
 
I risultati di queste misure saranno annunciati a breve ma il gossip virtuale si è già scatenato. Su alcuni blog e su twitter, infatti, qualcuno ha già fatto trapelare la notizia di una conferma delle misure già note. Si tratta di voci non confermate e dunque occorre avere ancora un po' di pazienza, presto sapremo come stanno realmente le cose.

17 Novembre 2011 | Giuseppe Liberti