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Neutrini superluminali? Sono più veloci le congetture!!

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Anonimo
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L'incredibile diffusione mediatica della notizia in oggetto, ha scatenato un polverone congetturale piuttosto corposo sugli scenari finora consolidati della fisica. Cercherò fare una breve sintesi sull'esperimento effettuato in collaborazione tra CERN e LNSG, tentando di spiegare cosa rappresenta in realtà il dato sperimentale ottenuto e i possibili scenari che si svilupperebbero se esso venisse confermato nel modo dovuto.

Sfruttando il più grande acceleratore di particelle del mondo, l'LHC, nuclei pesanti vengono accelerati a velocità relativistiche in modo da permettere collisioni ad alta energia. Questi nuclei si disintegrano generando vari tipi di particelle, tra cui i neutrini (i neutrini nell'esperimento in questione sono di tipo muonico). Il neutrino è una particella estremamente sfuggente, il Modello Standard prevede che queste particelle siano prive di massa! Considerando però i risultati sperimentali che confermano la metamorfosi tra i vari stati (elettronico, muonico e tau), diventa evidente che il neutrino deve necessariamente possedere una massa. Comunque non disponendo ancora di una strumentazione sufficientemente sensibile per effettuare una misura sperimentale, non possiamo conoscerne l'esatto valore. Questa peculiarità consente al neutrino di attaversare la materia senza incontrare alcun ostacolo anche a grandi distanze.

Nel caso specifico dell'esperimento, il fascio di neutrini ha attraversato 730.534,61 ± 0,20 m di materia, impiegando complessivamente: δt = [60,7 ± 6,9 (stat.) ± 7,4 (sys.)] ns (stat. = incertezza statistica, sys. = incertezza sistemica) in meno rispetto a quanto avrebbe impiegato la luce nel vuoto [c = 299.792.458,8 ± 0,2 m/s], con una differenza relativa di velocità del neutrino muonico rispetto a quella della luce pari a: (v-c)/c = [2,48 ± 0,28 (stat.) ± 0,30 (sys.)] × 10-5. Facendo qualche semplice calcolo possiamo ricavare la velocità "apparente" del neutrino muonico: μ ≈ 299.799.932 m/s, superando quindi "apparentemente" la velocità della luce di 7.474 m/s!

Questo risultato sperimentale sicuramente può suscitare enorme sorpresa, ma c'è una tanto semplice quanto fondamentale considerazione da fare. Come ben sappiamo il famoso valore della velocità della luce è quello registrato nel vuoto, mentre i nostri minuscoli neutrini hanno attraversato circa 730 Km di materia! Al contrario di quanto possa sembrare per un oggetto macroscopico, questo potrebbe essere stato un vantaggio per i neutrini. Come ho detto sopra, i neutrini non hanno alcuna difficoltà ad attraversare la materia, potendo addirittura passare molto vicino ai nuclei degli atomi! Ed è proprio qui che potrebbe succedere qualcosa di molto interessante. Lo spazio-tempo in prossimità di un nucleo atomico risulta deformato (non scendo nel dettaglio in quanto l'argomentazione diventerebbe eccessivamente complessa per questa sede), quindi una particella come il neutrino passando attraverso questa regione "alterata" del continuum spazio-temporale, potrebbe subire una sorta di effetto "scorciatoia" che, ripetendosi un certo numero di volte durante l'intero tragitto, andrebbe a ridurre lo spazio effettivo percorso dal neutrino, con il conseguente risultato apparente del minor tempo impiegato e quindi del superamento della velocità della luce.

In realtà però la velocità della luce non verrebbe mai superata, in quanto localmente il neutrino si muoverebbe sempre a velocità inferiore a c. Per chiarire definitivamente la questione non servirebbe a nulla ripetere lo stesso esperimento condotto dal CERN/LNGS, per le motivazioni che ho appena spiegato. L'esperimento che invece darebbe una svolta al problema sarebbe quello di far attraversare al neutrino uno spazio vuoto (per esempio un lungo tubo al cui interno viene applicato l'alto vuoto). In questo modo si potrà verificare se il passaggio attraverso la materia influenza in qualche modo il neutrino oppure no. Se il neutrino superasse la velocità della luce viaggiando nel vuoto, allora cominceremo a chiederci cosa c'è da rivedere nelle nostre teorie, ma fino a quel momento ogni interpretazione del fenomeno rimane confinata nel campo delle ipotesi.

Fatta questa doverosa considerazione, possiamo analizzare cos'accadrebbe se il superamento della velocità della luce venisse confermato al di là di ogni ragionevole dubbio. In questo caso avremmo due scenari possibili:

  1. Il neutrino nasce e vive a velocità superluminale (come accade per i fotoni con la velocità della luce);
  2. Il neutrino può accelerare fino alla velocità della luce, superarla e viceversa.

Caso A - La Teoria della Relatività Speciale (TRS) non verrebbe impensierita dai neutrini tachionici (che viaggiano a velocità superluminali), in quanto essa afferma che nessuna particella brachionica (che viaggia a velocità subluminale) dotata di massa può accelerare fino alla velocità della luce, ma non esclude che esistano particelle che già viaggiano a velocità superiori a c. Purtroppo però dovremmo affrontare altre complicazioni decisamente fastidiose:

  1. Il problema della causalità;
  2. Il problema della massa immaginaria delle particelle tachioniche.

1. Il problema della causalità risulta estremamente sentito dalla comunità scientifica, in quanto non è stato mai affrontato in modo soddisfacente. È chiaro che se l'esistenza di segnali superluminali venisse confermata, dovremo al più presto trovare una soluzione accettabile a tutti i paradossi causali noti. Per chiarire il concetto affrontiamo l'esempio più classico di un paradosso causale:

Due astronauti Fulvio B. e SaraK sono fermi nello spazio. D'un tratto, a causa di alcune fuoriuscite di gas non identificato (XD), Fulvio B. comincia a muoversi rispetto a SaraK con velocità V < c. In un dato istante t0 Fulvio B. invia un segnale superluminale a SaraK che riceverà il segnale all'istante t1. SaraK lascia passare un certo tempo Δt e poi invia il segnale superluminale di risposta a Fulvio B. che riceverà il segnale all'istante t2. Con incredibile sorpresa, la TRS prevede che t2 < t0! Quindi il segnale di risposta inviato da SaraK arriverebbe a Fulvio B. prima che lui abbia inviato il primo segnale superluminale!!

Ovviamente il risultato è assurdo e la TRS si limita a non concepire l'esistenza di questi segnali. Naturalmente cambierebbe tutto se invece ne fosse dimostrata l'esistenza. Per questo ci sono stati diversi tentativi di risolvere il problema. Un'idea estremamente semplicistica è quella del fisico italiano E. Recami, il quale afferma che una particella superluminale che si propaga dal futuro verso il passato può apparirci come un'antiparticella che viaggia nel senso inverso del tempo (idea molto simile a quella del fisico statunitense R. Feynman). Questa ipotesi risolve apparentemente i problemi causali, ma va a cozzare contro l'impossibilità di invertire la freccia del tempo! Inoltre la congettura di Feynman secondo cui le antiparticelle altro non sono che comuni particelle che viaggiano indietro nel tempo, può essere smentita analizzando l'esperimento di C. Anderson sulla scoperta del positrone (anti-elettrone). Quindi cosa rimane? Un'interessante approccio è quello del fisico italiano F. Selleri, il quale riporta a galla la simultaneità assoluta impostando a 0 il coefficiente e1 della coordinata x nella parte temporale delle equazioni relative alle trasformazioni fra sistemi inerziali. Questo coefficiente assume un dato valore nella TRS, così come assume un valore differente in altre teorie dello spazio-tempo, tanto da portare a credere che la scelta arbitraria di e1 fosse irrilevante. Selleri però sostiene che l'assunzione di ρ = 1 (invarianza della velocità della luce) nella TRS generi una discontinuità, in quanto è stato dimostrato - nel cado delle piattaforme rotanti - che deve essere ρ = (c + v)/(c - v). Questa discontinuità viene risolta impostando il coefficiente e1 = 0, sostenendo la simultaneità assoluta e rinunciando all'invarianza della velocità della luce. L'aspetto piuttosto interessante di questa teoria è che, oltre a restituire lo stesso presente a tutti gli osservatori inerziali, rende pienamente accettabile l'esistenza del vuoto dotato di proprietà fisiche concrete: l'etere (N. Tesla insegna...)!! Ad ogni modo siamo sempre nel campo teorico e finché non avremo un'adeguata dimostrazione sperimentale non possiamo far altro che trastullarci la mente.

2. Il problema della massa immaginaria dei tachioni è un altro dilemma che va a cozzare contro tutto ciò che abbia un riscontro fisico. Questo è decisamente un bel problema, in quanto risulta davvero difficile comprendere il concetto di massa rappresentata da un numero immaginario (qualunque cosa questo significhi), quando tutte le nozioni di massa che abbiamo fanno ricorso a processi di misura! Come può essere considerato reale un oggetto che non può essere misurato?! Ovviamente al contrario di ciò che accadrebbe normalmente, quanto più gli si sottrae energia, tanto più la loro velocità aumenterà oltre quella della luce, e viceversa. Ma non potranno mai rallentare fino alla velocità della luce, in quanto sarebbe necessaria un'energia infinita. In effetti particelle con tali caratteristiche, non sono mai state osservate finora. Inoltre se ne venisse confermata l'esistenza, sorgerebbero altri problemi ancora più sfuggenti alla nostra attuale comprensione, come per esempio il passaggio di stato di un corpo di particelle ordinarie in un corpo di particelle tachioniche, massa ordinaria in massa immaginaria! Come potrebbe avvenire tutto questo senza violare tutte le leggi di conservazione che conosciamo?! È evidente che dovrebbe essere rivista tutta la fisica, quindi direi che non è il caso di fasciarsi la testa prima di rompersela. Aspettiamo i risultati degli esperimenti, fatti nel modo opportuno descritto sopra, e staremo a vedere che succede.

Caso B - Dubito che questo caso verrà mai dimostrato in questi anni. Per farvi capire cos'accadrebbe ad un corpo dotato di massa se accelerasse fino alla velocità della luce, partiamo dalla famosa eguaglianza massa-energia di A. Einstein: E = mc2. Questa formula rappresenta l'energia per una particella in quiete, ma che succede alla formula se la particella comincia a muoversi? Ovviamente cambia, e diventa:

Dove v è la velocità della particella in movimento. Quindi per v → c, si avrà:

Risulta quindi evidente che servirebbe una quantità di energia infinita per accelerare un copro dotato di massa fino alla velocità della luce. Questo ovviamente è un risultato assurdo. Ora per quello che ne sappiamo le cose funzionano in questo modo, ogni esperimento effettuato in tal senso non ha fatto altro che confermare la teoria della relatività. Questo ovviamente non esclude che potremmo fare dei passi avanti, che magari renderanno questa teoria obsoleta, ma fino a quel momento le cose stanno così. Mettersi a ragionare con i se, significa filosofeggiare. Ovviamente nessuno vieta di farlo, ma siamo ben lontani dalla realtà fisica che esiste intorno a noi.

In conclusione, è bellissimo guardarsi intorno e domandarsi come avviene tutto ciò, credo che sia una delle cose più belle concesse all'uomo. Non si deve mai smettere di porsi domande, di esplorare, di curiosare... L'importante è avere la capacità di rimanere oggettivi, di non lasciarsi ingannare dagl'altri o peggio ancora da se stessi, tanto da credere in quel che si vuol credere! La scienza è impegnata in questo arduo compito, anch'essa può sbagliare, nessuno ha mai sostenuto che la scienza detiene il sapere assoluto, ma il suo metodo permette di non perdere l'orientamento anche quando tutto intorno appare tanto confuso. Quindi prima di buttarsi a capofitto su notizie sensazionalistiche lanciate dai media mainstream, magari con l'evidente scopo di vendere qualche copia in più, facciamo funzionare il nostro spirito critico! Se tutti lo facessero... ;-))

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Stefan Danov
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Ma perché avete cancellato

Ma perché avete cancellato tutti quei commenti spettacolari che riportavano esempi scientifici estremamente interessanti? Che cavolo! Dovevo salvarmi tutto! Non me l'aspettavo questa ...

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Massimiliano Ma...
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non me l'aspettavo neppure io!

ciao stefan
non me l'aspettavo neppure io, ma il trasferimento sul nuovo serve ha creato parecchi problemi, tra cui la sparizione di molti commenti :-(

stiamo cercando di sistemare le cose, ma purtroppo per ora a liv di programmazione ci sono priorità più gravi da risolvere (come il modulo di iscrizione le mail ecc...)!

speriamo di venirne a capo.

ciauuu

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MASMARUPOR
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Stefan Danov
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Problema risolto

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Gasparini Stefano
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Messaggi: 3
Ringraziamenti

Grazie Stefan per aver salvato la discussione dei neutrini così, me la sono potuta gustare. :-)

Stefan Danov
Ritratto di Stefan Danov
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Unito: 31 Maggio 2009
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figurati, è un piacere :)

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