Ormai se ne è parlato per giorni e la notizia ha raggiunto le prime pagine di tutti i giornali. Vorrei però approfittare di quest spazio per dire anch’io la mia sull’argomento, soprattutto cercando di mantenere un tono più razionale di quanto (come secondo me troppo spesso accade), molti giornali fanno.
Inizio con un commento più mondano, che però non riesco a trattenermi dal fare. Mi riferisco ovviamente al comunicato della ministra Gelmini, ma non necessariamente al suo svarione sul tunnel.
Quello è chiaramente un sintomo non solo di ignoranza, ma anche una prova del disinteresse che l’intero governo, e soprattutto il ministro dell’istruzione, ha nei confronti della ricerca scientifica. Quello che mi ha dato più fastidio del comunicato, però, non è il tunnel, ma l’atteggiamento di chi vuole saltare sul carro dei vincitori senza nemmeno sapere di che partita si sta parlando.
Prima di tutto cercando di inserire un “prezzo”, pagato dal governo, per finanziare questa scoperta. In secondo luogo la frase “Il superamento della velocità della luce è una vittoria epocale per la ricerca scientifica di tutto il mondo “. Ma la signora Gelmini crede che si tratti di una specie di corsa di cavalli? I ricercatori italiani sono riusciti a fare andare i propri cavalli più veloci, quindi hanno vinto! In ultimo, vorrei far notare che questa grande fierezza del governo è del tutto mal posta. L’analisi in se per se è stata sviluppata da un gruppo di Lione, non da un gruppo italiano (sebbene ci siano in quel gruppo ricercatori italiani, fuggiti dalla Gelmini e compagnia bella).
E questo, di per sé non è importante. Ma quello che è importante è che moltissimi ricercatori e professori (tra cui il portavoce dell’esperimento Opera, il prof. Antonio Ereditato) devono svolgere le loro ricerche dall’estero, visto che in Italia è impossibile avere uno stipendio sufficiente per automantenersi o avere condizioni di lavoro vagamente appaganti. Quindi, perdonatemi questo sfogo, ma la Gelmini non è da criticare (solo) per la gaffe sul tunnel, ma soprattutto per il tono mussoliniano in cui annuncia una vittoria che non c’è, o almeno non per le cose che spera lei.
Ma torniamo alla scienza. Quello che vorrei cercare di evitare di fare è quello che molti fisici sono tentati di fare (me compresa), ovvero seguire il comportamento consigliato da questo fumetto:
Cercherò quindi di spiegare l’analisi e di commentarla entro i limiti del possibile per qualcuno che la osserva dall’esterno, e che non ha sviluppato l’analisi nei dettagli. Ci tengo infatti a sottolineare che queste analisi sono particolarmente sensibili ai dettagli minimi che si considerano e che possono far cambiare il risultato completamente. Senza conoscere a fondo le ragioni e le le scelte di questi dettagli, e difficile giudicare un analisi dati di questo tipo.
Ma veniamo al sodo. Opera è un esperimento il cui obiettivo principale è misurare l’oscillazione (ovvero la trasmutazione) di un neutrino della famiglia dei muoni in un neutrino della famiglia Tau. Non mi dilungherò su questo argomento, perché ne ho già parlato in un post di circa un anno fa (che suggerisco di rileggere), quando Opera ha osservato il primo neutrino tau.
Come analisi secondaria, alcuni scienziati di Opera hanno sviluppato un metodo di misura della velocità del neutrino, misurando il tempo di percorrenza (o TOF, time of flight, come si dice in termini scientifici) tra il momento della produzione e della rivelazione. L’idea di effettuare questa misura non è nuova. Un’analisi simile, con un risultato simile, è stata fatta dall’esperimento MINOS, al Fermilab vicino a Chicago. Il loro risultato è stato pubblicato ed è disponbile in accesso libero qui. La principale differenza è l’errore di misura. L’errore (sistematico e statistico) con cui MINOS ha fatto questa misura è così elevato da rendere difficile poter gridare “alla scoperta”. Il punto chiave è infatti questo: con quale precisione si riesce a capire la posizione e il momento in cui i neutrini sono stati prodotti al CERN e quando hanno interagito nel Gran Sasso?
Opera si trova in una situazione vantaggiosa, da questo punto di vista. Il rivelatore è composto fondamentalmente da una serie di “mattoni” di piombo, combinati assieme da delle emulsiioni fotografiche. Quando il neutrino passa e interagisce con uno dei nuclei del piombo, un complesso sistema computerizzato di tracciamento della traiettoria delle particelle uscenti permette di ricostruire il punto e il momento esatto dell’interazione. La precisione di misura del punto di interazione è quindi estremamente elevata.
Non basta però. Servono ancora due ingredienti per poter conoscere la velocità del neutrino. Bisogna ancora sapere il momento e la posizione in cui sono stati prodotti e, non dimentichiamolo, l’esatta distanza che hanno percorso tra il Cern e il Gran Sasso. Questa ultima misura, come è stato abbondantemente spiegato nel seminario che stato dato al Cern venerdì scorso, è stata effettuata con particolare attenzione. Il gruppo di geodesia dell’Università della Sapienza a Roma ha contribuito a questa misura e, tra considerazioni di geodesia e misure fatte con il satellite GPS, sono riusciti ad ottenere una precisione di 20 cm (su una distanza approssimativa di 730 km!). Ma veniamo al punto veramente più problematico e controverso di tutta l’analisi. Il punto di creazione dei neutrini.
Per generare neutrini purtroppo non possiamo spemplicemente premere un pulsante e generare un fascio puro e uniforme. I neutrini vanno creati a partire da ciò che abbiamo: i protoni. Il progetto CNGS (CERN Neutrinos to Gran Sasso) ha lo scopo di generare un fascio di neutrini a partire dai protoni accelerati nell’acceleratore SPS del CERN e incanalarli in direzione del Gran Sasso, come mostrato nella figura seguente:
I protoni si presentano sotto forma di “pacchetti” che vengono accelerati fino ad un’energia di 400 GeV (6.41 × 10-8 joules). La grandezza di questi pacchetti è variabile, anche se centrata attorno ad un valore medio. Questi pacchetti di protoni, che girano attorno all’acceleratore, vengono estratti in due momenti dal flusso, e inviati verso un bersaglio di grafite lungo 2 metri, per la generazione di neutrini. I protoni, interagendo con la grafite creano “pioni”. Questi pioni decadono presto in muoni, e i muoni decadono a loro volta in elettroni e neutrini. Questo procedimento genera un fascio di neutrini muonici con un’energia media di circa 17 GeV, con una certa contaminazione di neutrini elettronici. I pioni vengono focalizzti da dei magneti e percorrono un “tunnel di decadimento” lungo 1000 m.
Come è facile immaginarsi, capire la struttura fine dei pacchetti di protoni e del risultante fascio di neutrini non è affatto facile. Innanzi tutto, non tutti i protoni interagiscono e producono neutrini. La grandezza del pacchetto di protoni è variabile e anche se statisticamente centrata può avere delle code anche molto lunghe. Per questa ragione è assolutamente improponibile fare una misura di tipo “deterministico”, mettendosi con un cronometro da una parte e dall’altra del “tunnel”:-P
L’unico modo per comparare il momento di produzione dei neutrini e il loro momento d’arrivo è fare un’analisi statistica delle funzioni d’onda iniziali e finali. Per fare questo si deve prima di tutto definire una PDF (ovvero una Probability Density Function) che è una distribuzione di probabilità che mi dice quanto probabile è che un protone si trovi in un certa posizione ad un certo tempo. Le funzioni d’onda iniziali vanno quindi confrontate con il momento della misura del neutrino al Gran Sasso, e si deve capire se c’è uno spostamento sistematico o meno. Poiché l’estrazione dei protoni dal fascio del SPS viene fatta due volte, questo procedimento va svolto separatamente nei due casi.
Per fare questo confronto si è fatto uso di una simulazione Monte Carlo, ovvero un software che, facendo uso di un generatore di numeri casuali, cerca di riprodurre la statistica osservata nel sistema. Sono stati prodotti diversi “sistemi Monte Carlo”, ciascuno corrispondente a un determinato “anticipo” del neutrino rispetto al momento aspettato se viaggiasse alla velocità della luce. Questi intervalli di tempo sono stati considerati sempre costanti, non è quindi stata presa in considerazione la possibilità che la velocità del neutrino variasse (nel tempo o con diverse energie, per esempio). Il grafico qui sotto mostra questo confronto tra il momento misurato dell’arrivo del neutrino (i punti in nero) e la distribuzione di probabilità dei protoni (in rosso):
si vede quindi che aggiungendo un intervallo di tempo di 1048.5 nanosecondi, le due curve sono compatibili l’una con l’altra. Questo risultato, una volta che vi si aggiungono gli errori sistematici sulle misure della distanza e del tempo spiegate prima, porta a una variazione della velocità dei neutrini misurata (v) rispetto alla velocità della luce (c) di:
(v-c)/c = (2.48 ± 0.28 (stat.) ± 0.30 (sys.)) ×10 -5
che altro non è che il risultato che ha suscitato tutto questo polverone mediatico.
Vorrei aggiungere ancora due cose se mi perdonate il post chilometrico.
1. La ragione del polverone
2. La mia opinione su questo risultato
La ragione del polverone mediatico è molto semplice. Un risultato di questo tipo può avere conseguenza enormi sulla nostra concezione della fisica, costringendoci a rimettere in gioco quasi tutto. Per questo motivo la collaborazione OPERA non cerca di dare nessun tipo di interpretazione fenomenologica o filosofica a questo risultato. Della serie, noi abbiamo fatto questa misura, che cosa vuol dire lo devono capire i teorici. Ora, credo che se gli scienziati che hanno fatto la misura prendono questa posizione cauta e conservativa, lo dovrebbero fare anche tutti i giornali e tutti quelli che vengono fuori con teorie strampalate che vogliono dimostrare che Einstein era un fallito.
Queste misure vanno prese in serissima considerazione, ma azzardare interpretazioni e conclusioni prima che sia veramente possibile farlo è folle. Per questo la collaborazione di OPERA ha giustamente deciso di uscire dalla classica prassi di passare attraverso la peer review prima di presentare il risultato, ma lo ha reso subito disponibile online e lo ha illustrato in un seminario al CERN (per farlo in genere i lavori devono essere già pubblicati). Questo per dare modo all’intera comunità scientifica (e soprattutto a chi lavora in simili esperimenti) di rifare la stessa misura per confrontarne il risultato. Ovviamente, il lavoro verrà anche sottomesso a peer review prima di venir pubblicato su una rivista scientifica, anche perché alcuni membri della collaborazione non hanno condiviso questa decisione e hanno rimosso i propri nomi dall’articolo presentato su ArXiv.
La mia personale opinione su questa analisi. Ci tengo a dire che è la mia opinione personale e non ritengo di essere nella posizione di giudicare gli altri, ma faccio un’osservazione di cui mi piacerebbe discutere con chi ha fatto l’analisi. Io ho la netta sensazione che il loro risultato si basi sulla specifica forma della PDF che è stata analizzata con il metodo della Maximum Likelihood. Come si vede dai grafici sopra (guardiamo quelli in basso per semplicità), la parte centrale è abbastanza piatta, tutto un su e giù n cui si può fittare praticamente tutto.
La forma della funzione di probabilità (quella rossa) è soprattutto data dai punti laterali, quelli ai due estremi. Questo vuol dire che l’intero risultato (ovvero lo shift necessario per far combaciare le due curve) è fondamentalmente basato solo su una manciata di punti, riducendo la significatività del risultato finale (secondo me). Infatti come sarebbe cambiato il risultato se un paio di quei 5-6 punti fossero stati solo leggermente spostati? Sarebbe cambiato probabilmente molto. La differenza è che il risultato ha una significatività altissima (6 sigma0 perché vengono considerati tutti i punti nei plot. Ma se uno dei punti centrali cambiasse leggermente posizione, probabilmente non ce se ne accorgerebbe nemmeno. Al contrario, quei pochi punti laterali hanno grande importanza. Questo mi fa pensare che una qualsiasi imprecisione nella modellazione dei pacchetti di protoni fatta inizialmente potrebbe effettivamente far cambiare radicalmente il risultato.
Ripeto che questa è solo la mia opinione, e il punto che più mi incuriosisce di questa analisi.
Un’altra osservazione è che la velocità dei neutrini è stata misurata con estrema precisione anche dall’esperimento Superkamiokande, in Giappone, osservando i neutrini prodotti dall’esplosione della supernova SN1987a e confrontandoli con i dati dei telescopi che hanno osservato la supernova nel visibile. In quel caso i neutrini si sono comportati benissimo, andando alla stessa velocità della luce. Si può pensare che la ragione di questa discrepanza sia la diversa energia dei neutrini, e che quindi i neutrini più energetici prodotti al CERN vadano in effetti più veloci dei neutrini con più bassa energia prodotti nelle supernovae. Questa possibilità, però, non è ancora stata dimostrata, né OPERA è riuscita a dimostrare nessuna correlazione tra la velocità dei neutrini e la loro energia iniziale. Chi, quindi, avrà ragione?
Per chi si fosse perso la diretta, è possibile guardare la presentazione fatta al CERN dal ricercatore del gruppo di Lione che ha presentato l’analisi a questo indirizzo.
Eleonora come sempre i miei complimenti. :)
Mi puoi spiegare brevemente perché se i neutrini hanno massa vanno a c? (almeno di questo siamo certi no?!) non dovrebbero essere comunque più lenti?
Cipo,
è un’approssimazione: i neutrini hanno massa, ma hanno una massa piccolissima, per cui la loro velocità è estremamente vicina a c, tanto che spesso viene approssimata a c….
complimenti…se pur non capendoci quasi un h ;) è la prima volta ch e leggo qualcosa di completo che mi spieghi cosa hanno fatto e cosa che ritengo più importante i punti di criticità.
ora è da avere il focus sia sulle eventuali teorie sviluppate che sui test futuri…
alla fine per me estraneo a quel mondo nn mi interessa sapere se einstein ha sbagliato se la fisica è sbagliata….si correggerà…non vedo tutto questo problema se quasi 100 anni dopo si scopre qualcosa di diverso…tanti discorsi sembrano la terra piatta o rotonda di tanti anni fa….
poi io sono estraneo ma per me è più importante eventualmente il futuro…
complimenti ancora sicuramente competente =)
Grazie per l’articolo Eleonora; molto interessante la tua teoria in merito all’analisi del fitting dei dati. Non resta che attendere che altri laboratori in giro per il mondo ripetano l’esperimento con errori di misura accettabili.
Bel articolo, finalmente scritto da qualcuno che sa di cosa parla, anche se lo scetticismo regna sovrano =P
La mia opinione è che inutile farci troppi pensieri adesso, bisogna solo aspettare che l’esperimento sia ripetuto…
Bell’articolo.
Un unico mia agiuta all’argomento è di tipo generale (non son un fisico quindi lascio a voi la discussione tecnica).
Nel caso in cui il superamento fosse reale, e la teoria di Einstain risultasse falsa, non vedo perché questo dovrebbe fare di lui un “fallito”.
E questo falso pensiero pare permeare troppo l’argomento, non solo tra i giornali ma anche tra gli addetti ai lavori che tendono a scherarsi tra i Pro Einstain ed i contro Einstain come se fossero due squadre di calcio.
Posso comprendere che molti abbiano lavori propri basati sulla teoria di Einstain, o contro di essa e quindi prendano la notizia sul personale e con una punta di apprensione, ma dobbiam ricordare che siam scenziati non tifosi, ciò che separa la scinza dalla fede e che la scienza affronta cambiamenti e contraddizione senza pregiudizi anche quando non gli comoda.
Detto questo continuero a leggere le discussioni di voi fisici con molto interesse per vedere come finirà la cosa.
@Eleonora: grazie per questo tuo articolo. Trovo l’estremo tecnicismo di alcuni punti (dove ad esempio esponi le tue osservazioni sulla forma della PDF) seppur di difficile comprensione per i profani, molto utile perchè lascia comunque trasparire la complessità della faccenda e, rispetto a ciò che si sente starnazzare sui media, ha il pregevole effetto di “riportare coi piedi per terra”.
Infine ci tengo a dirti che, nonostante tutto, sei riuscita ancora una volta a rendere le cose comprensibili. Many thanks :-)
Ennesimo plauso ad Eleonora per la chiarezza, nonostante l’inevitabile osticità degli argomenti trattati.
Al momento, preferisco non pensare alle sconvolgenti implicazioni di una simile scoperta, ed attendo verifiche indipendenti.
Non avendo le basi per poter commentare adeguatamente (soffro ancora di un grosso rimpianto per avere interrotto, tanti anni fa, i miei studi di fisica) mi limito a chiedere lumi: potrebbe bastare un lavoro di rinormalizzazione della relatività, senza doverla “smantellare” del tutto per risolvere le problematiche insite in questa scoperta, qualora venisse confermata? In fin dei conti sappiamo che funziona egregiamente e lo dimostrano molte applicazioni tecnologiche (come il GPS citato nel fumetto)…
Ottima analisi, sia nella prima, tristissima parte, che nella seconda, scientifica.
Che bello sarebbe sentire qualcosa del genere, anche in parte o semplificato, dai vari media!
Purtroppo non capiterà, continueremo invece a leggere o sentire raccomandazioni a rifugiarci in cantina per evitare commozioni cerebrali causate dalla cadura dei pezzi del satellite fuori controllo…
L’unica consolazione è che almeno la rete, con un minimo di ricerca, consente di accedere a informazioni di buona qualità e non viziate da fini politici e/o sensazionalismo.
Coraggio…
Ottimo articolo.
Vediamo come si evolve la cosa e soprattutto se l’esperimento viene replicato con gli stessi risultati, punto per me importantissimo.
Vorrei se possibile un chiarimento da parte del autrice perché non sono del settore ma la fisica mi appassiona :
In teoria, una particella dotata di massa non può accelerare fino alla velocità della luce (c) perché altrimenti la sua massa diventerebbe infinita. Fin qui siamo d’accordo.
Ma, se una particella dotata di massa, è già alla velocità della luce fin dai primi istanti della sua creazione, in pratica non ha accelerato essendo già a questa velocità fin da subito, questo significa che in questo modo, con questo trucco diciamo, potrebbe superarla ?
Sono molto curioso, ma forse il mio cervello gioca troppo di fantasia :D
Ok, il giorno che mi comprerò un cavallo da corsa lo chiamerò Neutrino.
Comunque è una bella sfida… piccola ipotesi: se fosse possibile spostare tutto il cern nello spazio, fuori dall’orbita e la gravità terrestre, i conti risulterebbero più semplici ?
Ciao Eleonora,
innanzitutto complimenti per il tuo contributo nel diffondere la conoscenza della Fisica e del Metodo Scientifico.
Volevo segnalarti queste osservazioni riguardanti la robustezza del metodo statistico utilizzato dalla collaborazione Opera:
http://www.guardian.co.uk/science/life-and-physics
http://assassinationscience.com/johncostella/neutrino-blunder.pdf
Per il flusso di neutrini provenienti dalla supernova 1987A, non sono arrivati con un anticipo di 4 ore rispetto ai fotoni? E questo ritardo mi pare venga giustificato con le interazioni a cui vanno incontro i fotoni prima dell’emersione dalla stella. Interazioni che i neutrini ovviamente evitano.
Ovviamente se i neutrini fossero andati più veloci della luce sarebbero arrivati qualche anno prima.
Complimenti per questo articolo, molto ben fatto. Di certo non sono un fisico ma capisco che molto spesso per errori minimi,a quelle velocità, il risultato possa cambiare di molto..comunque trovo totalmente sbagliato il comportamento della Gelmini.. ancora una volta l’Italia ha fatto la sua brutta figura..(e non di certo a causa dei ricercatori Italiani).. speriamo bene nel futuro..
Difficilmente l’Italia fa brutta figura grazie ai suoi ricercatori. Purtroppo il problema è che gli studiosi stanno chiusi in cantina (di nome e di fatto) mentre all’aria aperta sciamano le cavallette che trovano così la strada spianata ai posti di comando
complimenti per l’articolo, come sempre spiegato bene!!
dare questa notizia in mano alla stampa, non mi è piaciuto molto però perché si tratta di persone che poco o nulla capiscono dell’argomento… infatti di titoli e articoli completamente sballi ne sono stati fatti a bizzeffe!
@Eleonora
Grazie dell’ interessantissima analisi pubblicata, sono due giorni che attendevo con ansia il tuo post :)
Se non mi sbaglio, l’ obiezione che hai sollevato tu sul fitting della pdf l’ ha sollevata anche uno dei fisici che ha assistito alla conferenza al cern, ma non ricordo poi la risposta che gli è stata data. In ogni caso,Avrei una domanda da farti:
Visto che, con buona probabilità, la misura di distanza è stata fatta con estrema precisione(e convalidata da due istituti metronomici), come hai detto tu il problema si sposta tutto sul capire con precisione il momento di creazione dei neutrini.
Ora, posto che il “punto debole” di tutto il ragionamento è quello del fitting della curva, come secondo te è possibile confutare l’ esperimento o, al contrario, convalidarlo?
Se anche il fermilab fara’ un esperimento del genere come ha detto di voler fare, è facile che cada nello stesso errore sistematico di OPERA, cioè di errata interpretazione del momento di creazione dei neutrini.
Insomma, tu hai qualche idea su come risolvere il problema del fitting? O secondo te, ha la comunità scientifica qualche idea su ciò? :D
Ci sono altri metodi piu’ efficaci per determinare il momento di creazione dei neutrini, magari con una tecnologia non attualmente in uso in OPERA?
Quanto tempo presumibilmente ci vorrà per sapere se questo dato è attendibile o meno?
Emh, mi è scappata qualche domanda in piu’… :)
@Eleonora
Mi unisco al coro dei tanti che ti hanno fatto i complimenti per questo articolo di ottimo livello! Questo è fare buona divulgazione scientifica!
Eleonora, toglimi un dubbio: se i neutrini sfuggono alla velocità limite C, ci sarebbe da rivedere tutta la teoria riguardo la radiazione di hawking per quel che riguarda i buchi neri, che diverrebbero così “neri” solo nei confronti della radiazione e-m ma non dei neutrini. E’ possibile costruire un rivelatore di neutrini a mo’ di sensore fotografico? Se così fosse sarebbe “facile” scovare buchi neri dal rapporto emissione elettromagnetica/emissioni di neutrini.
Davvero molto interessante, mi sono perso un po’ sull’aspetto tecnico dell’analisi statistica, ma hai chiarito bene il motivo della cautela nel trarre conclusuoni adesso.
Mi chiedevo una cosa: tu parlavi di un sistema di rilevazione della velocita’ basato su dei check point composti da questi “mattoni” di piombo. Il fatto che il neutrino interagisca in qualche modo con un atomo di piombo non comporta una perdita’ di velocita’? Il neutrino esce dall’interazione con il nucleo di piombo senza subirne alcun effetto?
ciao a tutti e grazie per i complimenti. Noto un sacco di domande interessanti, ma purtroppo in questo momento non ho tempo di rispondere. Prometto però che cercherò di rispondere a tutti al più presto!
@ Eleonora: grazie del post. Aggiungo una cosa: dal punto di vista teorico, teorie con violazioni di Lorentz (esploratissime negli ultimi 15 anni) sono così difficili da mettere in accordo con i dati sperimentali da richiedere essenzialmente “interventi divini”. Messa giù dura, se non esiste una velocità limite, perchè questi neutrini non vanno a 10c, ma a c a meno di una correzione di 10^-5? C’è un problema di “naturalezza”, in un mondo senza relatività speciale, per ritrovare Lorentz invariance a “bassa energia”. Se questi neutrini sono effettivamente superluminali, sarebbe un botto molto più clamoroso di quello che si pensa, ma io non tratterrei il respiro. Molto più plausibile che qualcuno abbia pigiato il bottone sbagliato (pur nell’estrema serietà della collaborazione). Occorre un altro esperimento indipendente.
@ arkanoid: posto che se questo effetto fosse reale, non sarebbe mica tanto chiaro come definire il concetto di buco nero, quelli astrofisici sono molto più freddi della radiazione cosmica di fondo, per cui non ci sarebbe nessun segnale utile con cui fare un confronto. Emettono radiazione (anche neutrini, ovviamente), ma dal punto di vista pratico non si dovrebbero poter identificare con questo metodo. Gli effetti gravitazionali sono molto più efficaci.
Nuovo paper sull’argomento, che cerca di chiarire alcuni punti:
http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/1109/1109.4980v1.pdf
@Lorenzo
concordo sulla stranezza della misura così vicina a c…
anche se aperto il vaso di pandora nessuno vieta che esistano dei xzyini che vadano a 1000c…
@cataflic
Appunto, se non c’è nessuno che lo vieta, perchè non si verifica (vecchio adagio della fisica teorica: se non è proibito, succede)? E’ esattamente lì il punto. Perchè solo i neutrini fanno cose non previste? Perchè proprio uno dei settori della materia più complicati da gestire, mentre tutti le altre particelle, fotoni inclusi, fanno le brave (i vincoli sulla deviazione da c sono molto molto stringenti)? E’ lì il busillis che non convince. Non è che proprio perchè sono particelle difficili da controllare, gli errori sistematici sono più difficili da individuare?
Cara Eleonora, in questi giorni ho letto una marea di materiale sull’argomento ma questo post brilla estremamente per la chiarezza.
Ora, vorrei farti una domanda sull’energia dei neutrini. Ammesso e non concesso che i neutrini (o almeno certi neutrini) siano tachioni, non mi torna il fatto che dovrebbero esserlo a più alte energie. Seguendo ad esempio i testi di Mignani e Recami, un tachione dovrebbe avvicinarsi alla velocità della luce da destra man mano che la sua energia diminuisce, non aumenta (cioè al contrario delle particelle subliminali)
Ovviamente uno potrebbe sempre dire: è sbagliata la relatività speciale, o comunque è sbagliato usare c nelle trasformazioni di Lorentz, quindi è sbagliata pure questa ipotesi.
Tuttavia c la usiamo persino al quadrato per calcolare E=mc^2 e non mi risulta che sia stata mai smentita dall’esperimento, ci dovremmo già essere accorti di una discrepanza.
@lorenzo: puoi vederla anche dall’altro lato “ottimista”: se i neutrini sono “strani” (ad esempio perché interagiscono poco con la materia ed hanno una massa sfuggente), sono i migliori candidati a fare cose strane. Che i neutrini possano essere tachioni lo ipotizzarono gia Recami e Mignani nell’86, senza ovviamente nessuna conferma sperimentale, ma è significativo che scrissero un paper proprio sul neutrino :)
Salve a tutti. Grazie Eleonora per l’ottimo thread. Volevo chiedere una cosa a coloro che hanno risposto. Conoscete per caso dei siti AFFIDABILI dove si può recuperare materiale su questo argomento? O di scienza in generale? Possibilmente in italiano ^^. C’è tanta, anzi troppa “disinformazione” nel web.
Grazie in anticipo.
@keysim: l’argomento è vastissimo… comunque per capire la relatività (quella ristretta è semplice, bastano le conoscenze di un bravo liceale o di qualche esame universitario di matematica e fisica) puoi leggere l’esposizione divulgativa di Einstein. Sulla meccanica quantistica invece non ti consiglio nessun libro divulgativo, non ne ho mai trovati si veramente seri.
@lorenzo
Metodi gravitazionali non credo siano troppo idonei per l’individuazione di buchi neri, perchè i buchi neri leggeri possono benissimo essere in giro per l’universo, ed emettono (secondo hawking) anche molto poco, in teoria dovrebbero essere quelli che ci mettono più tempo ad “evaporare”.
Se fosse possibile scattare una foto – passami li termine – così come lo si fa analizzando lo spettro di emissione per identificare la fonte di emissione, come idrogeno riscaldato nelle nebulose, anche “vedendo” l’emissione di neutrini, credo che non sarebbe così inutile come cosa.
Un buco nero primordiale avendo una superficie dell’orizzonte degli eventi piccola dovrebbe emettere una radiazione di hawking modestissima, al limite dell’individuabilità, mentre l’emissione di neutrini sarebbe molto elevata perchè essi si genererebbero nella bolgia infernale che c’è all’interno ma ne sfuggirebbero.
Cosa farà ora la comunità scientifica? Chi sarà il primo gruppo a confermare o smentire? E come? Una distanza maggiore ridurrebbe l’errore della misurazione a valori rassicuranti?
Grazie Eleonora!
i neutrini del cern sono più energetici di quelli di una supernova?
io sono scettico su questi risultati. e volendo sparare a caso un colpevole per l’ipotetico errore, dico le simulazioni di monte carlo. che mi stanno antipatiche ^^
no, seriamente, io sono ignorante del dettaglio del metodo usato per la misura (anche se quanto accennato da eleonora è chiarissimo), però sono propenso a credere che la misura sia errata. capita. ma l’errore potrebbe anche essere sistematico, dovuto forse alle apparecchiature.. forse alle teorie inadeguate a descrivere il comportamento di queste particelle. voglio dire: si potrebbe essere effettivamente all’alba di una rivoluzione, ma non necessariamente la teoria a venir sconfessata dovrà per forza essere la relatività col suo teorema di insuperabilità di c.
…perché i neutrini potrebbero non aver affatto superato c.
@arkanoid cosa intendi per buchi neri leggeri? un buco nero dell’ordine di qualche massa solare (=leggero), quelli da collasso gravitazionale, per intenderci, è molto più freddo della radiazione cosmica a microonde, per cui non ce ne sarebbe traccia, il segnale sarebbe totalmente perso nel rumore termico del CMB. tieni conto che i buchi neri sono oggetti con proprietà termiche peculiari: più sono pesanti (e la massa è proporzionale al raggio dell’orizzonte degli eventi, in prima approssimazione, per roba non rotante in modo eccessivo) più sono freddi. Nota che freddi vuol dire che emettono poco, ed a bassa energia, su tutto lo spettro di campi disponibili, non solo elettromagnetici, ma anche neutrini. Il confronto con segnali elettromagnetici non è fattibile. L’unica opzione, ad oggi, credo sia il lensing gravitazionale da quelli supermassicci (tipo quello al centro della via lattea, la cui esistenza è inferita proprio dagli effetti gravitazionali sulla materia circostante). Quelli primordiali possono essere più piccoli e caldi perchè non vengono da collasso di stelle, ma sono necessariamente più lontani, molto più lontani, e quindi persi anche loro nei segnali di tutto quello che c’è nel mezzo. Poi, già associare sciami di particelle generati da raggi cosmici con le loro sorgenti astrofisiche non è semplice, farlo con le poche interazioni di neutrini mi sembra un po’ duretta. Infine, se hai un burst di particelle, come fai a capire che si tratta di un black hole o di un’altra roba? devi ricostruire lo spettro, e vedere che, nel rumore di fondo, c’è la distribuzione di Planck per un oggetto con una certa temperatura. Non so se è fattibile con i neutrini. In principio sì, ma nella pratica avresti bisogno di un numero di interazioni molto grande, con neutrini molto ma molto ma molto poco energetici (non certo i MeV o GeV della fisica delle particelle). Non dico che sia inutile, ma ad oggi non so se sia fattibile.
Nota: nessuno sa cosa ci sia dentro un buco nero, ma potrebbe essere un posto estremamente noioso e tranquillo, nessuna bolgia.
@guiodic Il fatto è che di solito avere un tachione che gira per il tuo modello significa che lo stato in cui stai lavorando è instabile, e prima o poi decadrà. Dato che di neutrini è pieno zeppo l’universo, e questo non decade… Comunque è possibile che ci siano modelli funzionanti senza instabilità, ma devono essere tachioni nel senso di “poter viaggiare più veloce della luce”. In ogni caso, quello che non è passato nella comunicazione del risultato è che, se i neutrini e i fotoni non sono d’accordo su quale sia il cono luce, allora una delle conseguenze probabili è che esiste una classe di sistemi di riferimenti speciali (la relatività speciale non si basa sulla velocità della luce, ma su considerazioni di equivalenza di sistemi di riferimento in moto inerziale l’uno rispetto all’altro). Ritornare indietro a Newton e ritrovarsi con una nozione di spazio assoluto (perchè questo sarebbe in soldoni il risultato), non mi sembra un motivo di far festa. Poi, se c’è, amen, ma i vari concetti che abbiamo accumulato finora, la visione del mondo che emerge dalla fisica moderna, suggeriscono che non esistano sistemi di riferimento privilegiati. E la cosa sfortunatamente torna molto bene mettendoci i numeri, al posto delle parole. Come la mettiamo?
Nel libro di landau (teoria dei campi) la relatività ristretta si basa sul principio di relatività (in tutti i sistemi di riferimento inerziali le leggi fisiche sono uguali) e sul postulato dell’esistenza di una velocità limite (delle interazioni). Quanto segue (relatività ristretta) è un discorso che non ha nulla a che vedere con il valore di c. In soldoni c=velocità della luce è stato messo per un semplice motivi sistemare i problemi della meccanica classica con maxwell che diceva che la luce era invariante. Nella teoria è c ad essere invariante un parametro da fornire alla teoria. Prima di pensara che sia la relatività ristretta ad essere sbagliata e modificarla in modo osceno per far “crollare” causa ed effetto potrebbero controllare se la luce è effettivamente invariante o magari essendo vicina al limite vero si erano sbagliati su quello. Non poterebbe solo venir fuori c=qualcosa in più della luce ma non sappiamo bene quanto (cosa che non mi sconvolgerebbe dato che il valore della velocità della luce era una misura).
Spett.le Forum,
sono a precisare una cosa, che mi venne spiegata sul ng di fisica it.scienza.fisica qualche tempo fa.
La velocità limite, nella fisica di oggi, non è c – che equivale a 299.792.458,16 m/s – ma è un pò più di c. Ora chiamiamo d (delta) la differenza tra c e v (velocità limite): è possibile che i Neutrini viaggino ad una velocità >c ma <v. Nessun problema, dunque. La Relatività è salva e noi continuiamo a prendere il nostro stipendio (seppur misero).
Giulio.
ottimo articolo Eleonora, grazie!
subito da condividere su FB..
Ciao, molto ben scritto Eleonora. Però se tu avessi pazienza e tempo di spiegare meglio il metodo Montecarlo mi faresti un piacere. Per il principio di indeterminazione, ho un limite inferiore alla precisione della posizione e della velocità del singolo protone. Ma quei grafici, mi par di capire si riferiscono a n protoni che hanno generato n neutrini, dunque il problema non è l’indeterminazione del singolo protone ma la “durata”, la “larghezza” e la “forma” dell’impulso, giusto?
Sono stati prodotti diversi “sistemi Monte Carlo”, ciascuno corrispondente a un determinato “anticipo” del neutrino rispetto al momento aspettato se viaggiasse alla velocità della luce.
Non capisco: ipotizzando la stessa v per tutti i neutrini del fascio, perché dovrebbe cambiare la PDF con l’anticipo? La PDF immagino dipenda da come è formato il pacchetto originario di protoni, o no? Perdona le domande forse stupide, non è il mio campo, ma sono troppo curioso.
Due osservazioni mie:
-quando si parla di contemporaneità in relatività bisogna sempre specificare il sistema di riferimento considerato. Spero e immagino che il S.d.R. di Ginevra sia sovrapponibile/isocrono/isocinetico a quello del Gran Sasso, non ho il “polso” degli ordini di grandezza, ma hanno latitudini (e dunque velocità) diverse nonché gravità diverse. Sì, dello zerovirgola, ma è di questo che stiamo discutendo, no?
-una simpatica osservazione che ho letto da qualche parte è che la differenza tra c e v_neutrino (come la chiameremo? “d”?) è circa di 8 km/s, che è simile alla prima velocità orbitale terrestre. Ora, si dice che forse i neutrini hanno massa. Se fossi un genio della fisica, riuscirei a collegare le due cose, ma siccome non lo sono, ammiro incuriosito queste due osservazioni senza concluderne una cippa :-)
PS hai proprio ragione, il tono era mussoliniano.
Inoltre, diciamo la verità, tutti parlano di quanto questo risultato possa far mettere in discussione la relatività di Einstein, ma c’è una legge ben più salda che sappiamo essere difficile da contrastare:
”Nothing travels faster than the speed of light with the possible exception of bad news, which obeys its own special laws.”
– Douglas Adams
@Alvise: in realtà, se uno guarda bene, il postulato dell’invarianza della velocità della luce non è necessario. Si può far vedere che l’esistenza di una velocità invariante è conseguenza dell’esistenza di una nozione di ordine cronologico degli eventi (anche se questo risultato è poco conosciuto).
Se le equazioni di Maxwell non fossero invarianti per cambio di riferimenti inerziali, perchè questa sarebbe l’implicazione del fatto che la luce non si propaghi alla velocità limite, allora si potrebbe identificare lo stato di moto assoluto di un sistema di riferimento, dato che in quel sistema di riferimento le equazioni dell’elettrodinamica (ovvero come si comportano campi elettrici e magnetici, concretamente) potrebbero non essere le equazioni di Maxwell.
L’invarianza delle equazioni per cambio di riferimento non è una richiesta di eleganza formale, ma sostanziale e concettuale: per come la vediamo oggi i fenomeni fisici devono poter essere descritti con le stesse equazioni in ogni sistema di riferimento inerziale (ed in ogni tipo di sistema di riferimento se ci aggiungiamo la gravità). Prima di buttar via questo tipo di principio (il principio di relatività), che funziona alla grandissima in tutti gli esperimenti fatti finora meno uno e mezzo (MINOS ha solo 2 sigma), ci penserei su, e cercherei di trovare l’inghippo negli esperimenti.
Anche io mi unisco al coro di complimenti.
Mi chiedo solo una cosa: Davvero siamo in pochi a leggere (o a voler leggere, a voler capire, ma soprattutto a ovler essere informati) riguardo a queste cose? COsa posso prendere in edicola che sia un po’ meno “distorto” e commerciale (i due aggettivi più rispettosi che mi vengono in mente) di Focus e Voyager?
A chi dice che la c nella relatività ristretta non è necessariamente la velocità della luce: come mai allora E=mc^2 si trova così precisamente in accordo con i risultati sperimentali? E’ una “coincidenza”? La velocità misurata da Opera dei neutrini sarebbe diversa di 20 parti per milione rispetto alla velocità della luce, una quantità “enorme” quando la rapportiamo alle misure di emergia che siamo capaci di fare, peraltro c è al quadrato nelle equazioni della relatività speciale.
@lorenzo: sono perfettamente d’accordo, prima di tornare all’etere ci penserei un bel po’.Ci sono molti modi per mantenere il principio di relatività. Ed è questo il punto.
Personalmente, so che qualcuno si scandalizzerà, penso che se l’esperimento è valido, allora la spiegazione più convincente, diciamo più economica, è che esista una dimensione extra (non compattificata) come nel modello di Kaluza, nella quale ha viaggiato il neutrino. Questo, in altre parole, potrebbe essere il primo esperimento che evidenzia l’esistenza di una dimensione extra.
COsa posso prendere in edicola che sia un po’ meno “distorto” e commerciale (i due aggettivi più rispettosi che mi vengono in mente) di Focus e Voyager?
Prendi Le Scienze. E’ una rivista seria.
Comunque Focus è diverso da Voyager: Fucus parte dalla scienza e arriva alle fantasticherie, che di norma sono nei titoli non molto negli articoli. Voyager fa solo fantasticherie e (raramente) pretende di trovare una spiegazione scientifica (ovviamente mettendo da parte il metodo scientifico in sé).
Comunque Focus ovviamente di scienza non spiega nulla, fa solo sensazionalismo. Ma almeno non mi pare che abbia mai pubblicato articoli sui folletti, le fate e il mostro di Lockness.
ma se facessimo lo stesso esperimento in modo differente, ad esempio ponendo un rilevatore di neutrini sulla Luna e sparando un fascio di neutrini da qua (o viceversa) l’accuratezza e l’attendibilità dell’esperimento cambierebbero, attraversando l’atmosfera e il vuoto interplanetario anziché la Terra?
Si, sono d’accordo, Le Scienze è una rivista serissima e molto interessante. Poi ci sono moltissimi siti web, sia in italiano che in inglese
(in inglese, ovviamente, di più)
ma se facessimo lo stesso esperimento in modo differente, ad esempio ponendo un rilevatore di neutrini sulla Luna e sparando un fascio di neutrini da qua (o viceversa) l’accuratezza e l’attendibilità dell’esperimento cambierebbero, attraversando l’atmosfera e il vuoto interplanetario anziché la Terra?
I neutrini interagiscono così poco con la materia che questo non importa. Inoltre, se interagissero, sarebbero *più lenti* (come capita per i fotoni che rallentano attraversando la materia). Da un certo punto di vista la maggiore distanza sarebbe un vantaggio perché la differenza di tempi si allargherebbe ma misurare la distanza sarebbe più difficile. Quello però che potresti fare è sparare un fascio di neutrini e uno di fotoni e vedere chi arriva prima (ovviamente tenendo conto dei rallentamenti del fotone causati dall’atmosfera).
NO NO NO l’esperimento mostra chiaramente che i neutrini italiani sono i più veloci dell’universo. PUNTO.
Poi le cacchiate della gelmini sono ancora più veloci addirittura superano la causa che le ha generate e il momento in cui vengono pronunciate, anche prima di essere dette sono già delle cacchiate, e anche questa teoria è stata così confermata sperimentalmente… è stato per questo che abbiamo fatto il tunnel, ma quando gli è stato detto che poteva essere un fuoco di paglia ha chiamato i pompieri.
scusate ma sinceramente parlando mi ha affascitato il tuo articolo, ma da semplice diplomato non vedo il motivo di tanto chiasso su di Einstain tanto tra altri 50 anni si scoprira qualcosa di più veloce…
A proposito della Gelmini …. come disse un “Grande” (Asimov):
“nemmeno gli Dei possono nulla contro la stupidità umana” :-)
Per quel che riguarda l’articolo sono ad unirmi ai vari complimenti per la qualità e la chiarezza dell’articolo (anche la parte più tecnica).
Imho non credo che l’eventuale conferma della esistenza di una particella che viaggi (in alcuni casi visto che i neutrini delle supernovae non sembrano andare più veloci della luce) oltre la velocità della luce possa determinare la fallacità della teoria einsteniana.
Imho, vorrebbe solo dire che esiste un livello più profondo di “interazioni” (passatemi il termine) che potrebbe essere di ausilio nella ricerca della famosa Teoria unificata.
Cmq, se l’esperimento venisse definitivamente confermato non credo che resti altro che prenderne atto e cercare di capire …
Domanda: ma se il delta del tempo misurato è equiparabile al tempo “di estrazione dei protoni” (per quanto abbia capito), al raddoppio o al triplicamento della distanza non si avrebbe una misura più precisa?
Dato che anche i Giapponesi sembrano essere ben messi per quanto riguarda la ricerca in questo campo, fare una collaborazione affinché uno dei due centri misuri la velocità dei neutrini generati dall’altro?
@ mihai ho già dimostrato i miei pesanti limiti con le torie di Einstein e spero che qualcuno più competente ti risponda, ma non credo sia come dici, non è una gara di velocità, le teorie di Einstein sono abbastanza confermate dagli esperimenti e prevedono questa velocità terminale che per qualche motivo che io personalmente non capisco molto bene dovrebbe essere quella della luce. da come lo capisco io è praticamente insensato pensare che si possa andare oltre quel limite esattamente come è impossibile scendere sotto lo zero assoluto di temperatura.
comunque volevo fare una domanda, ma prima non si era mai misurata la velocità del neutrino e quella delle altre particelle??
Concordo con chi sostiene che sia necessario un esperimento che possa confrontare direttamente il tempo di volo di fotoni e neutrini usando una sorgente comune. Non sapendo se è necessario un acceleratore di particelle per produrre neutrini, chiedo: piazzare in orbita due satelliti che si sparano fotoni e neutrini è impossibile?
Tutte le stelle producono sia fotoni che neutrini. Il Sole, le Supernovae, tutti quanti. Ovviamente il problema sta nel fare misure precise, il che significa sapere l’esatto momento di produzione. Come dicevo, nel caso nella supernova 1987a, non è assolutamente stato osservato questo ritardo della luce nei confronti dei neutrini. Si, la luce è arrivata un paio d’ore prima, ma a causa dello scattering che i fotoni subiscono durante il tragitto. Se la velocità dei neutrini fosse stata quella misurata dal Opera, sarebbero dovuti arrivare 4 anni prima…….Riguardo a sparare neutrini in Giappone e così via, non è così facile. Non si può fare un rubinetto di neutrini e inviarlo dove ci pare, sono progetti molto grossi ed estremamente costosi…
@Eleonora: a dire il vero, altre tre ore prima, l’osservatorio del Monte Bianco ha registrato alcuni neutrini, a quanto rifereisce Wikipedia, non ritenuti associati. Quindi avremmo prima i neutrini, poi gli antineutrini, poi i fotoni. Sui fotoni fai la correzione e vedi che viaggerebbero (se fossero nel vuoto) alla stessa velocità degli antineutrini, ma per i neutrini le tre ulteriori ore di anticipo andrebbero giustificate.
Certo è solo una vaghissima ipotesi.
“The apparatus contains about 150000 of such bricks for a total mass of 1300 tons” se consideriamo che il LEM pesava qualche tonnellata… Altro che Saturno V.
Vedo più facile sollevare e ruotare un lato di Ginevra in modo che il tubone punti verso Kamiokande. :-)
Ottimo articolo!
@Eleonora
“In quel caso i neutrini si sono comportati benissimo, andando alla stessa velocità della luce. Si può pensare che la ragione di questa discrepanza sia la diversa energia dei neutrini, e che quindi i neutrini più energetici prodotti al CERN vadano in effetti più veloci dei neutrini con più bassa energia prodotti nelle supernovae. ”
Cioè pensi che se un neutrino (con massa quasi a zero e velocità prossima a c) se “spinto” potrebbe andare più veloce di c?
Se l idea fosse questa ci si potrebbe aspettare anche che i neutrini della supernova possano aver rallentato… magari partendo da una velocità > di c e via via rallentando nel tragitto percorrendo, in media, alla velocità della luce.
da buoni tachioni i neutrini avevano fatto una capatina nel futuro e avevano sentito i discorsi della Gelmini. E allora sono fuggiti via più veloci della luce
“Solo due cose sono infinite: l’universo e la stupidità della Gelmini; ma non son tanto sicuro della prima” Non è così la frase di Einstein? Comunque io di fisica so meno di zero, ma so che un neutrino non raggiungerà mai una tartaruga!
Scherzi a parte il succo dell’articolo è: la scienza è una cosa complicata e sempre meno alla portata del senso comune, gli italiani che hanno lavorato al progetto sono i così detti “cervelli in fuga” e quindi la Gelmini dovrebbe solo zittirsi, senza contare poi che non è stato dimostrato proprio nulla perché, per quel che so, la scienza ha abbandonato pretese di universalità più o meno dai tempi di Newton. Esistono teorie, cose più certe di altre, ma tutto sommato le teorie restano valide finché funzionano.
E non scordiamoci il criterio di falsificabilità di Popper: “una teoria è valida se può essere falsificata”, teorie come quella marxiana o freudiana sono tipici esempi di non falsificabilità: gira e rigira riescono ad avere sempre ragione loro! (senza nulla togliere a queste due grandi correnti di pensiero!)
Quindi spero che questo governo, anzi la buona parte dei ladri che scaldano le poltrone, spariscano alla velocità dei neutrini o dei protoni o dei fotoni, insomma, che evaporino alla velocità che vogliano purché sia sotto al secondo.
@Eleonora Presani: rigraziandoti nuovamente per l’interessante articolo ti chiedo se (nei commenti di questo o in un articolo successivo) sei intenzionata a tenerci aggiornati circa l’evoluzione di questa vicenda, magari anche (se fattibile, io non lo so) con un approfondimento circa la/le analisi dei dati risultanti.
Sarebbe interessante, almeno per me, sapere se altri ‘adetti ai lavori’ fanno considerazioni simili alle tue o anche nuove e diverse circa i dati risultanti dall’esperimento, il modo in cui sono stati ottenuti e le scelte fatte…
Ottimo articolo, stupefacente per chiarezza. Condivido in pieno le tue opinioni sulla (sgradevole) reazione di Gelmini e MIUR.
Credo che per un aggiornamento alla vicenda si dovrà aspettare parecchio tempo. Di certo quando si saprà qualcosa vi terrò aggiornati.
Mi è appena stato segnalato un blog di un fisico del Cern che ha scritto un post a questo riguardo, raggiungendo conclusioni molto simili alle mie:
http://www.borborigmi.org/
Puoi guardare lì per farti un’idea, è molto dettagliato.
@Eleonora Presani: Capisco, e molte grazie anche per il link al blog!
@Lorenzo
Sono d’accordo, quello che volevo capire era questo: (assumendo per vero che i neutrini viaggiano a una velocità > della luce) se è possibile sistemare le cose in modo semplice. Se dico che non c’è una velocità limite delle interazioni ma dico che la luce ha una velocità fissata in un sistema di riferimento inerziale e per il principio di relatività ottengo che ha la stessa velocità in tutti i sistemi di riferimento inerziali, quello che mi turba è ciò che segue, cioè il fatto di poter rompere il principio di causalità. Quando due eventi sono relativi allo stesso corpo, il loro intervallo è sempre del genere tempo (se ci fosse la velocità limite), togliendola no. Il punto è che mi fà abbastanza schifo questo. Preferirei scoprire che maxwell ha trovato delle formule sbagliate. Magari con un pò di pazienza si riesce a tornare come prima (senza etere) dove le leggi dell’ elettromagnetismo siano invarianti tra sistemi di riferimento inerziali compatibilmente con questa nuova velocità limite. Se poi si scopre che era una bufala sono ancora più felice :)
Beh, ma è chiaro: un eccesso di velocità di un automobilista svizzero in Italia rimane impunito in quanto non c’è un accordo internazionale che consente di gestire le contravvenzioni italiane in Svizzera.
Questi sono neutrini di Ginevra, quindi svizzeri, che sapendo quanto sopra superano i limiti di velocità senza troppi patemi d’animo …
@alvise: quello che mi turba è ciò che segue, cioè il fatto di poter rompere il principio di causalità
Non è automatico come si pensa. Il principio di reinterpretazione inserito da Mignani e Recami nella relatività ristretta permette di superare il problema della causalità e di eventuali viaggi a ritroso nel tempo, peraltro in modo molto elegante e convincente.
Il problema rimane per i sistemi non inerziali, dove interviene la relatività generale, ma il discorso si fa decisamente differente e più complesso.
Hai detto…
“L’unico modo per comparare il momento di produzione dei neutrini e il loro momento d’arrivo è fare un’analisi statistica delle funzioni d’onda iniziali e finali.”
Mi domando perchè non sono stati usati due rivelatori di neutrini ( uno al Cern ed uno ai laboratori del Gran Sasso )?
Così si sarebbe misurato con estrema precisione il momento della partenza ed il momento dell’arrivo dei fasci di neutrini e quindi fare l’analisi statistica delle funzioni d’onda iniziali e finali escludendo le possibili variabili relative al momento di partenza.
Gianfranco,
il problema è che quando un neutrino interagisce, scompare, trasformandosi in un leptone carico. I neutrini non rallentano durante il percorso, perché non interagiscono. È vero, c’è anche la così detta “interazione neutra” quando un neutrino interagisce con un nucleo e genera un altro neutrino. Non è però possibile “seguire” questo neutrino dalla prima interazione alla seconda, perché i neutrini vengono prodotti in pacchetti. Non si può sapere quindi, per ciascuno di loro, in che momento e posizione precisi sono stati generati e se sono gli stessi a venir poi rivelati al GS. I metodi di analisi in fisica delle particelle sono sempre statistici, la meccanica classica in cui si misura la velocità di un’automobile, per esempio, non è applicabile. Talvolta vengono usati due rivelatori (per esempio nell’esperimento T2K hanno un “near detector” e un “far detector”) ma l’analisi è sempre statistica.
Era semplicemente per conoscere il momento della partenza dal primo rivelatore… non per conoscere il momento della generazione.
Dei pacchetti di neutrini una piccola parte viene intercettata dal primo rivelatore ed un’altra piccola parte verrà intercettata dal secondo rivelatore.
Era solo per escludere l’aleatorio momento della generazione.
@Alvise. Provo a mettere ordine nella confusione. Se si impone una forma mild di causalità, che vuol dire che localmente esiste una nozione (molto molto debole) di presente, passato e futuro (ma magari globalmente no, se ci sono “macchine del tempo”) su cui tutti i sistemi di riferimento concordano (essenzialmente: tutti concordano sulla concatenazione causa-effetto, che mi sembra ragionevole tenere) e si tiene il principio di relatività (ed un altro paio di assunzioni oneste di omogeneità ed isotropia dello spazio, solo dello spazio) ci sono solo due possibilità: o siamo in relatività Galileiana oppure in una relatività tipo relatività speciale (ossia con velocità limite). Altre possibilità implicano la rottura del principio di relatività. Sono teoremi di matematica. Certo, basati su assunzioni che la gente ha provato a modificare, ma al momento non conosciamo alternative a questo risultato (e ti assicuro che la gente ha provato di tutto). Nota che le trasformazioni di relatività non sono operazioni matematiche astratte, ma ti indicano la precisa traduzione delle equazioni della fisica da un riferimento all’altro. Sotto queste trasformazioni, per definizione del principio di relatività, le equazioni mantengono la stessa forma (le regole sono sempre le stesse, i fatti sono sempre gli stessi, non dipendono dai sistemi di riferimento, solo i numeri cambiano, ma cambiano come cambiano le componenti di un vettore nel piano rispetto ad una coppia di assi cartesiani quando ruoto il vettore, quindi niente di drammatico e sostanziale). Se ciò non succede, il principio di relatività non vale, fermo restando che non necessariamente la causalità viene meno. Prendi il caso della relatività Galileiana. Lì non c’è una velocità limite (la relatività Galileiana è il limite c-> infinito della relatività speciale). Le particelle si possono propagare, in linea di principio, con velocità arbitrariamente alta, eppure una forma di causalità esiste, dato che esiste una nozione universale di simultaneità (quella che poi sparisce nella relatività speciale), ossia esiste una nozione globale di presente, passato e futuro. I segnali si propagano ancora dal passato al futuro, e tutto funziona perfettamente. Tant’è che la relatività galileiana è talmente radicata nel nostro modo di vedere il mondo che passare alla relatività speciale e generale è un po’ complicato, mentalmente. Comunque l’esistenza di una velocità limite o meno non necessariamente implica una revisione del concetto di causalità. So che sono pedante, ma il risultato dell’esperimento non è tanto rilevante per quanto riguarda il superamento di c o menate simili, ma perchè, per quanto ne sappiamo, potrebbe essere considerato come una rilevazione diretta di una cosa che nell’ottocento si chiamava etere luminifero (come ricordava guiodic). Ora, se è così, amen, ma voglio almeno altre decine di esperimenti indipendenti e diversi tra loro che confermino la cosa, prima di concludere alcunchè, dato che vengono toccati principi molto profondi, che vengono prima delle equazioni della fisica, in un certo senso. In realtà se uno guarda le equazioni del moto, il disastro dovrebbe essere ancora più totale, ma vi risparmio quest’altra discussione.
Game Over?
http://arxiv.org/pdf/1109.5727v1
@LASCO: tu o chi altri è in grado di comprendere il contenuto di quel pdf (io non ci capisco niente) può per cortesia riportarlo qui in forma discorsiva? Comunque grazie della segnalazione.
@Lasco
grazie per la segnalazione. Io non direi ancora game over, nel senso che in questi giorni sono apparsi su arXiv articoli che dicono di tutto e di più. Ricordiamoci che tutto ciò che appare su arXiv non è soggetto a peer-review e che in un contesto come questo viene utilizzato praticamente come un forum. Detto questo, l’articoletto che hai postato è molto interessante. In sostanza dicono che quando si ha una distribuzione statistica di particelle (utilizzane, per esempio, una distribuzione gaussiana) e riduci in maniera sostanziale la statistica di questa distribuzione, si può verificare uno shift nella distribuzione espressa in funzione del tempo. Nel caso di OPERA, sono partiti con una certa distribuzione di protoni, ma la distribuzione di neutrini che arrivano al Gran Sasso sono una frazione piccolissima dei protoni iniziali. Si può quindi verificare un effetto puramente statistico (che non ha a che vedere con la fisica del sistema quindi) che induce uno spostamento nella distibuzione dei neutrini. Questo spostamento può essere erroneamente interpretato come un anticipo nel tempo di arrivo.
È una possibilità che probabilmente i ricercatori di OPERA devono includere nel loro paper finale (sperando che esca)
(le regole sono sempre le stesse, i fatti sono sempre gli stessi,
Perdonami ma questo è una descrizione errata del principio di relatività. Sin da Galileo (senza pigliare Einstein) il principio di relatività chiede solo che le equazioni siano invarianti da un sistema di riferimento all’altro. Non i fatti.
I fatti possono essere descritti in modo differente dai diversi osservatori nei diversi sistemi di riferimento: banalmente, se tu sei fermo e l’altro osservatore si muove, puoi interpretare il fatto come se tu ti muovi e l’altro sta fermo. Le due descrizioni sono totalmente equivalenti ed entrambe corrette se i sistemi sono inerziali.
L’estensione della relatività ad eventuali tachioni si basa su questo principio, chiamato di reinterpretazione.
@guiodic: state dicendo le stesse cose (tu e Lorenzo), cioè che le equazioni sono invarianti. Ti ha (credo) tratto in inganno l’suo del lemma “fatti”: tu gli hai dato un’interpretazione diversa da quella assunta nel contesto del discorso che stava facendo Lorenzo, che non tirava in ballo il punto di vista soggettivo degli osservatori.
O almeno questo è quello che ho capito io nel leggervi.
@Lorenzo
Quello che ho fatto poi mi crea problemi con Lorentz (numeri immaginari). Stavo solo cercando di capire come hanno fatto a dire alcune cose nei giornali :)
@alvise: no, non stiamo dicendo lo stesso perché infatti lui aggiunge:
ci sono solo due possibilità: o siamo in relatività Galileiana oppure in una relatività tipo relatività speciale (ossia con velocità limite). Altre possibilità implicano la rottura del principio di relatività.
Invece questa rottura non è affatto scontata come sembra.
Ecco, forse adesso possiamo dire game over…
http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/1109/1109.6562v1.pdf
è vero, manca ancora di peer review, ma si tratta di Glashow, inoltre le argomentazioni che porta mi sembrano semplici e ben argomentate. Insomma, se non è game over, di certo mette dei dubbi ancora maggiori sulla validità di questa scoperta
@guiodic In fisica i fatti sono essenzialmente qualcosa che fa “click”, oppure misure di quantita’ relative. Sotto trasformazione di Lorentz, il prodotto scalare di due quadrivettori non cambia. Sotto trasformazione di Lorentz, le ampiezze di scattering non cambiano. Un detector clicca o non clicca, ma se clicca in un riferimento, clicca in tutti (e lasciamo perdere la radiazione di Hawking).
Forse il linguaggio che ho usato e’ poco preciso. Pero’, se vogliamo dire che quello che in un riferimento chiamo campo elettrico e in un altro chiamo campo elettrico+campo magnetico sono due fatti fisici diversi, ok, ma non credo sia una definizione universalmente accettata. D’altro canto quello che chiami campo elettrico o campo magnetico, ad esempio dipende dal fatto che un osservatore A ed un osservatore B usando i loro strumenti di misura ottengono numeri diversi, ma perche’ stanno misurando quantita’ relative diverse. L’entita’ campo elettromagnetico non dipende dagli osservatori.
A quanto ne so, non esistono forme di principio di relativita’ compatibili con relazioni di dispersione modificata. Sarebbe figo averne (e ci sono molti lavori a proposito), ma al momento nessuno ce l’ha, che io sappia. Se non e’ scontata come sembra, vorrei vedere almeno un esempio funzionante davvero, e non solo a parole. Voglio vedere le equazioni.
@Eleonora. Loro avevano gia’ ammazzato Lorentz violation con le stesse armi una decina d’anni fa, piu’ o meno con le stesse armi. Basta aprire un pelino la porta a fenomeni di Lorentz violation che succedono tutte ste cose, Cerenkov nel vuoto, modifica delle soglie delle reazioni, ecc ecc. e ci metti subito dei vincoli pazzeschi. La cosa molto sorprendente e’ che tra i fisici queste cose sono poco note e la gente salta a conclusioni affrettate come quelle viste in questi giorni.
@guidodic
Ok ho capito grazie, io non studio fisica però mi piace e ho letto un pò di relatività dopo aver fatto la meccanica classica con il principio di minima azione. Non ho molte conoscenze e ora mi avete chiarito le idee.
@Eleonora Presani: tuo messaggio #78… Ehm, puoi mettere il contenuto di quel pdf in forma discorsiva per i profani? Non sono riuscito a capire praticamente nulla…
A quanto ne so, non esistono forme di principio di relativita’ compatibili con relazioni di dispersione modificata. Sarebbe figo averne (e ci sono molti lavori a proposito), ma al momento nessuno ce l’ha, che io sappia.
Quello che mi premeva sottolineare è che non si butta nel cestino una teoria che ha dimostrato di resistere a test sperimentali nell’ordine di 10^-17 (invarianza di c) e 10^-54 (massa a riposo del fotone).
Detto ciò, i modelli SME in realtà prevedono violazioni di Lorentz da parte di neutrini ad alta energia. Poi certo è tutto ancora sul piano speculativo, ma un po’ di matematica c’è (non sto dicendo che sono convincenti… dico che c’è chi già pensato compreso il succitato Glasgow).
Non è questo il punto vero in realtà. Il problema è – se per caso l’esperimento Opera non ha sbagliato – trovare il modello che meglio risponda al dato sperimentale (questo ed eventuali futuri che lo confermino), dare un significato fisico alle modifiche necessarie alla SR e allo SM e condurre gli esperimento per eventualmente falsificare queste ipotesi. Come s’è sempre fatto insomma.
Non ci trovo nulla di “fantascientifico”.
Quello che non mi piace è questa vulgata per cui Einstein è stato battuto, perché non è vero e probabilmente non sarebbe vero neppure in caso di conferma dei dati dell’epserimento di Opera.
@guiodic 1) SME a la Kostelecki non prevedono, ma parametrizzano, che è fondamentalmente diverso. 2) SME non sono relativistici nel senso che sono incompatibili col principio di relatività (c’è il frame dell’etere, sotto forma di un vettore timelike privilegiato), ma anche con altre simmetrie fondamentali delle teorie di campo (tipo CPT).
A quanto ne so, di modelli che possano spiegare (e non parametrizzare!) a) il dato sperimentale e b) perchè tutto il resto del modello standard (a parte l’higgs che aspettiamo ancora) sembra in perfetto accordo con la relatività speciale e c) fanno questo senza fissare a mano con irragionevole precisione (straordinariamente maggiore di ogni tipo di accuratezza sperimentale, cosa che da un punto di vista fisico non ha senso) alcuni parametri del modello non ce ne sono.
Queste cose però non hanno a che fare con la mia richiesta. Concludevi il tuo commento con
“Invece questa rottura non è affatto scontata come sembra.” Se non è scontata come sembra, deduco che tu abbia visto modelli relativistici (ergo con il principio di relatività tra osservatori inerziali) con relazioni di dispersione modificata. Sono solo curioso di sapere a quali modelli ti riferisci.
Eleonora, ti prego fai finta che sia la Gelmini Neutrini e spiegami quel pdf, un semplice riassuntino. :)
… il metodo per la determinazione potrebbe essere dato dalla focalizzazione variabile o da uno scattering della stessa focalizzazione, solo che si dovrebbero usare frequenze decisamente elevate, e il tuto grazie proprio alla coda di produzione dei protoni.
se alla fine della focalizzazione dei protoni, azione che da’ la direzione al fascio di neutrini prodotto, si usa un magnete per spostare alternativamene questo fascio su un asse, con una frequenza mano mano superiore, nel rilevatore avremmo la ricezione dei neutrini a bande sempre piu’ ravvicinate;
avendo queste bande ed interpolandole con la PDF si potrebbe determinare il momento in cui sono partiti i neutrini.
stessa cosa usando un “filtro annullatore” davanti al fascio focalizzato, che filtra a frequenze sempre maggiori; si otterrebbero bande di emissione definite, quindi conoscendo l’aumento della frequenza, se ne conosce anche il momento in cui sono partiti.
questo si puo’ stimare grazie appunto al fatto che l’emissione non e’ concentrata, ma e’ una banda con una coda piu’ o meno lunga…
si va’ in pratica a spezzettare questa banda con segmenti di differente misura e percio’ si rileveranno emissioni di neutrini a frequenza via via crescente.
0.1ms per spezzettare e pochi punti di acquisizione sono comunque realmente pochi per un simile approccio.
luca;
i grafici si leggono per numero di eventi ottenuti ogni 150ns (e la media sta’ su 120 eventi ogni 150ns) considerando un lasso di tempo di 10.000ns (10micro secondi o 0,1ms); i puntini sono la rilevazione ottenuta al gran sasso; l’emissione di neutrini e’ invece la curva rossa, che stima la diffusione dell’emissione ipotizzando la posizione, sulla linea immaginaria del tunnel di decadimento, del protone e quindi del momento di nascita del neutrino.
eliminando il tempo che dovrebbe trascorrere viaggiando nel tunnel gelmini alla velocita’ della luce, le due curve dovrebbero coincidere.
il problema nasce dal fatto che solo sottraendo 1048.5ns coincidono, quindi i neutrini dovrebbero aver viaggiato piu’ veloce di C.
come faceva notare eleonora, pero’, queste non sono delle gaussiane, di forma piu’ o meno regolare, la cui coincidenza dimostrerebbe (tenendo buone le rilevazioni di tempo e distanza) che c’e’ qualcosa di strano, ma e’ una curva segmentata, in cui solo gli estremi identificano l’inizio e la fine (la maggior parte delle rilevazioni e mediamente piu’ o meno sempre 120 eventi ogni 150ns, quindi non si ha nemmeno il riferimento di un massimo molto marcato), quindi minimi errori nella rilevazione di quegli estremi possono modificare essenzialmente la coincidenza delle due curve e falsare la stima di anticipo dei neutrini sulla luce.
la non coincidenza delle curve sulla parte centrale ci sta’ comunque, in quanto qualche protone si puo’ sempre perdere nella focalizzazione del fascio…
stessa cosa sul quantum degli eventi: un sampling di 150ns potrebbe essere troppo basso…
la mia idea sulla rilevazione e’ appunto quella di spezzettare questa emissione con annullamenti sempre piu’ rapidi (o lenti), in modo che la parte centrale risulti spezzettata a diverse misure; conoscendo il momento dell’aumento della frequenza, si determinerebbe direttamente sulla rilevazione la velocita’ del neutrino, ma il sampling e’ realmente troppo basso e troppo veloce… ci vorrebbe un marziano.
@ Luca
La spiegazione è molto semplice: come tutti quelli che vivono di ricerca i neutrini avevano solo fretta di scappare dall’italia
Ho letto con molto ritardo questo bellissimo articolo.Quella lunga notte sembrava finita. Purtroppo è di oggi la sparata di Monti su quanto è noioso il posto fisso. E così addio!! Nemmeno questo ha capito un tubo! Gli direi : ai giovani dateglielo il posto fisso, lasciate che si annoino, ma lasciate che lavorino, che si creino un futuro, che possano sognare! State rovinando una generazione e forse anche di più. Non mi sembra il caso di farci dello spirito. Così, tra i bamboccioni, la parte peggiore dell’Italia, la gente che si annoierebbe col posto fisso, le leggi sul precariato che uccidono ogni diritto, la necessità di fuggire via e tanto altro, questo povero paese finirà per riconoscere nelle mafie l’unico datore di lavoro affidabile.
Quelli della mia generazione non hanno lottato per un paese così!
Reclamiamo tutti i nostri sogni!
Massimo.