Ecco a voi Nino, il neutrino!!! (http://www.scienzainrete.it/files/emvideo-youtube-xCcqUyFsKAQ.jpg)

Cosa sono i neutrini?...Tanto per cominciare. Noi sappiamo che l'atomo è composto da elettroni, protoni e neutroni. Ma queste non sono le uniche particelle subatomiche che si conoscono. Per esempio, studierete in futuro che neutroni e protoni sono composti da particelle più piccole, chiamate quark. Come i quark, anche i neutrini sono particelle elementari, cioè non formate da altre particelle più piccole. Si formano durante interazioni e collisioni tra particelle, per esempio, all'interno del nucleo delle stelle. Date un'occhiata alla storia di Nino, il neutrino, per capire cosa voglio dire!
I neutrini hanno masse piccolissime, la loro massa è almeno un milione di volte più piccola di quella dell'elettrone (che è dell'ordine di 10^-31 kg, 1836 volte più piccolo del protone!!!), non hanno carica, non interagiscono facilmente con la materia ordinaria e quindi sono molto difficili da osservare. Inoltre hanno la straordinaria capacità di cambiare natura. Cioè? Esistono tre diversi neutrini, detti neutrino elettronico, neutrino muonico e neutrino tauonico. Ebbene i neutrini oscillano tra queste tre diverse nature. Un esempio che leggendo ho trovato utile per capire è il seguente: è come andare al mercato, comprare delle mele e, tornando a casa, accorgersi che qualche mela si è trasformata in pera.

Oscillazione del neutrino tra i tre tipi: neutrino elettronico (e), muonico ( "μ" ) e tauonico ( "τ" ). (http://www.laguna-science.eu/images/stories/oscill.gif)

Perché studiare i neutrini? Primo, per capire le proprietà della materia, secondo per svelare alcuni misteri dell'Universo. Grazie alla loro proprietà straordinaria di interagire difficilmente con la materia ordinaria, i neutrini, per esempio prodotti all'interno del nucleo solare, attraversano gli strati esterni del Sole quasi come se fosse spazio vuoto. Intercettando questi neutrini, quindi, possiamo ottenere una "fotografia" della fusione nucleare che avviene all'interno della nostra stella. Guardate le immagini sottostanti e capirete che se avessimo degli occhiali a neutrini riusciremmo a vedere all'interno del Sole. I neutrini ci permetteranno di scrutare l'interno delle supernove, altre esplosioni stellari come quelle di raggi gamma o anche i dischi che ruotano intorno ai buchi neri supermassicci.

Il sole visto con i neutrini (Figura 1), i raggi ultravioletti (Figura 2) e la luce visibile (Figura 3). Con la luce visibile possimo vedere la superficie, con l'ultavioletto i dettagli dell'attività solare di superficie e, grazie ai neutrini, vediamo il nucleo del Sole!!! (Figura 1:http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/sk/physics/image/image_solarnu/solpic_1500d_2_1.jpg Figura2: http://www.ishawyu.com/wordpress/wp-content/uploads/2010/04/SDO-Sun-UV-Image-600px.png Figura 3: http://cse.ssl.berkeley.edu/bmendez/ay10/2002/notes/pics/bt2lf1403_a.jpg)

Perché produrre un fascio di neutrini a Ginevra e indirizzarlo verso i laboratori del Gran Sasso? L'esperimento, di cui si è tanto parlato alla fine di settembre 2011, è nato proprio per studiare le oscillazioni dei neutrini, cioè la capacità dei tre neutrini di trasformarsi l'uno nell'altro. Il fascio di neutrini viene prodotto all'istituto di fisica nucleare di Ginevra (CERN) e "viene visto" da un rivelatore, detto OPERA, che si trova nei laboratori nazionali di fisica nucleare del Gran Sasso. Il fascio di neutrini percorre 730 km raggiungendo una profondità massima di 11,4 km al confine tra Emilia Romagna e Toscana. Solo un neutrino su cinque milioni si ferma interagendo con la roccia. Il rivelatore OPERA è fatto di "mattoni di piombo", in cui sono inserite lastre fotografiche che "immortalano" il passaggio dei neutrini. Detto così sembra tutto abbastanza semplice, in realtà non è affatto così, proprio a causa della difficoltà di far interagire un neutrino con la materia. Tuttavia, senza addentrarci in dettagli che non capiremmo, dobbiamo pensare che questi neutrini impiegano un tempo di circa 2,4 millisecondi per percorrere i 730 km e che la precisione delle misure effettuate con GPS e orologi atomici è, ovviamente molto elevata. Basti pensare che la distanza di 730 km del percorso è misurata con una precisione di 20 cm e che sono stati considerati anche gli effetti sulla crosta terrestre del terremoto del 6 aprile 2009.

Schema del percorso del fascio di neutrini dal CERN di Ginevra ai Laboratori del Gran Sasso. (Modificato da Migliozzi & Terranova, 2011)

La notizia bomba di fine settembre 2011. Tra la misura di un neutrino e l'altro, gli scienziati dell'esperimento OPERA hanno notato un'"anomalia" molto interessante, potremmo dire quasi rivoluzionaria per la fisica. I neutrini avrebbero percorso i 730 km da Ginevra al Gran Sasso più velocemente della luce. Più precisamente i neutrini avrebbero impiegato 60 nanosecondi in meno, cioè 60 x 10^-9 secondi in meno dei fotoni, le particelle di cui è composta la luce. Oppure possiamo vederla in questo modo, dato che la luce viaggia a 300.000 km/s, applicando l'equazione oraria del moto rettilineo uniforme (voi di terza che leggete...dovrete fare il calcolo!!!), si ricava che i neutrini avrebbero preceduto la luce di 18 m. Il risultato, se confermato, sarebbe così importante per la comunità dei fisici che anche nell'articolo scientifico in cui vengono presentati i dati di OPERA, gli scienziati concludono dicendo che, prima di avventurarsi in qualsiasi interpretazione del risultato ottenuto, aspettano una conferma dei loro dati derivante da un esperimento indipendente. Insomma, quasi non ci credono neanche loro. E infatti, a partire dal giorno successivo alla pubblicazione di questi risultati, sono comparsi decine di articoli nei quali i fisici si sono dimostrati da una parte, propensi a credere alla misura, tirando fuori vecchi dati e teorie che prevedevano un superamento della velocità della luce, oppure dall'altra piuttosto scettici, esponendo argomentazioni teoriche che mettono in dubbio i risultati della misurazione effettuata, come il premio nobel Glashow.
Ma perché è così rivoluzionario che un neutrino vada più veloce della luce? Beh, forse perché Einstein nella sua teoria della relatività ristretta ha detto che esiste una velocità insuperabile ed è sembrato naturale identificare questa velocità limite con quella della luce. Forse perché tra le costanti dell'Universo i fisici sono abituati a inserire anche quella della velocità della luce. Forse perché è strano pensare che una particella con massa, come il neutrino, vada più veloce di una particella senza massa, come il fotone.
I fisici non si sbilanciano ancora molto e aspettano che ci siano conferme indipendenti della misurazione. Anche noi possiamo solo aspettare fantasticando su un futuro in cui si possa superare la velocità della luce e passeggiare tra una galassia e l'altra del nostro immenso Universo alla ricerca degli altri che lo popolano...

NOTA
A marzo 2012, il gruppo di ricerca OPERA, guidato da Antonio Ereditato, ha trovato l'errore sperimentale, che ha portato a sovrastimare la velocità dei neutrini. Si è trattato di un banale cattivo funzionamento di un cavo di fibra ottica...Quello che voglio sottolineare in questa nota è la capacità della scienza di saper trovare, riconoscere e ammettere i propri errori. Il gruppo di Antonio Ereditato aveva sottoposto il proprio risultato alla verifica della comunità scientifica affinché venisse trovato l'errore, prima di fornire una qualsiasi interpretazione teorica della velocità superluminale dei neutrini. Ebbene l'errore è saltato fuori. Tutto ciò, ovviamente, nulla toglie all'importanza degli studi sui neutrini e l'intera vicenda ci ricorda la straordinaria potenza del metodo sperimentale.