Neutrini superveloci: il futuro esperimento decisivo

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1 2 Neutrini superveloci: il futuro esperimento decisivo Gruppo B. Riemann Francesco Di Noto, Michele Nardelli Abstract In this paper we show as an future experiment trough Earth (density 11) could be decisive about superluminal speed Premessa In questi giorni è giunta notizia, dalla stampa e dal web (vedi Nota 1), che le misure della velocità dei neutrini nell esperimento OPERA del CERN potrebbero essere errate a causa di un errore dovuto alla cattiva connessione di un cavo a fibre ottiche, cosa che però non è condivisa dal fisico Dott. Antonio Ereditato (e forse potrebbe anche avere ragione), coordinatore dell esperimento. In attesa di ulteriori verifiche, proseguiamo lo stesso nella pubblicazione di questo articolo, convinti come siamo che la maggiore velocità dei neutrini possa benissimo dipendere dalla densità del mezzo attraversato (roccia), e quindi essi possono benissimo rientrare nella casistica esposta nella nostra tabella, dove luce, onde acustiche e sismiche ecc. aumentano la loro velocità attraversano materiali più dense del vuoto, dell aria o delle rocce del mantello terrestre. Riassunto In questo lavoro suggeriamo come un futuro e già previsto esperimento con i neutrini, attraverso tutto o quasi tutto il globo terrestre (con densità media pari a 11) possa essere risolutivo, poiché un eventuale anticipo di circa 120 nanosecondi rispetto alla velocità della luce, potrebbe darci ragione circa la nostra proposta di interpretazione (Rif.1) 1

2 Sui neutrini superveloci del recente esperimento OPERA del CERN, com è noto, si sta discutendo parecchio (sul web e non) sulla sua validità, sulle conseguenze circa la relatività e la velocità della luce finora considerata una costante fisica invalicabile ecc. Si sono presupposti errori nelle misure per confutarne i risultati, ma tali misure sono state ripetute e i risultati confermati, ecc. ecc. In questo lavoro vogliamo mettere a confronto solo il commento scettico del gruppo italiano ICARUS, e la nostra proposta di interpretazione che coinvolge la densità del mezzo attraversato (in questo caso la roccia terrestre, con valore 5,5 in superficie e 11, mediamente. in profondità, attraverso tutto o quasi tutto il globo terrestre. Un futuro esperimento, che ci sembra già previsto in tal senso, darebbe ragione al gruppo ICARUS se non ci sarebbe alcuna osservazione di maggiore velocità dei neutrini rispetto a quella della luce (fatti salvi eventualmente i 60 nanosecondi di anticipo misurati nell esperimento OPERA), e a noi se tale anticipo sarebbe di circa nanosecondi, secondo la nostra stima basata sulla densità, come proposto in Rif.1. Per cui proponiamo di aspettare tale futuro esperimento per trarre conclusioni più o meno definitive, ma più fondate, sull esperimento e le sue importanti conseguenze teoriche circa la relatività (Einstein ha parlato di velocità della luce nel vuoto, ma non di velocità dei neutrini nella roccia, il che è una cosa diversa, e all epoca (circa 100 anni fa) perfettamente sconosciuta in quanto si conoscevano a malapena i neutrini, scoperti nel 1930 da Wolfang Pauli), mentre la velocità della luce fu scoperta nel 1916 (relatività speciale di Einstein) Citiamo l articolo del gruppo ICARUS, per un confronto con la nostra successiva proposta, in attesa del suddetto esperimento cruciale (un alternativa sarebbe nelle acque oceaniche, con densità 1, e con un possibile anticipo di circa soli 11 nanosecondi, confondibile con possibili ed eventuali errori di misurazioni, che sono già stati esclusi per l esperimento OPERA) Dal sito netmassimo.com/2011/11/22/scienziati-del-cern-esprimono-i-lorodubbi-sui-neutrini-piu-veloci-della-luce/ riportiamo uno dei tanti articoli sullo scetticismo del Gruppo ICARUS: 2

3 Scienziati del CERN esprimono i loro dubbi sui neutrini più veloci della luce Posted on November 22, 2011 by NetMassimo Il rilevatore OPERA del Gran Sasso (foto Esperimento OPERA) Pochi giorni fa erano stati annunciati i risultati di un secondo esperimento effettuato tra il CERN Super Proton Synchrotron e i Laboratori Nazionali del Gran Sasso che confermava la rilevazione di fasci di neutrini che avevano viaggiato più veloci della luce avvenuta per la prima volta due mesi fa. Ora un altro team di scienziati del CERN che lavora all esperimento ICARUS (Imaging Cosmic And Rare Underground Signals) ha sollevato precisi dubbi su questi risultati. Il motivo per cui il team del progetto ICARUS ritiene che i neutrini non abbiano viaggiato più veloci della luce tra i due laboratori è legato all energia da essi rilasciata o meglio a quella non rilasciata. Infatti secondo gli scienziati di questo team se i neutrini avessero viaggiato più veloci della luce avrebbero dovuto perdere energia producendo fotoni e coppie elettrone / positrone in un processo analogo all effetto Cherenkov. In quel caso gli strumenti avrebbero dovuto rilevare queste particelle ma non lo hanno fatto. Gli scienziati del team ICARUS usano la stessa apparecchiatura dell esperimento OPERA per creare fasci di neutrini perciò hanno potuto confrontare i dati di un loro esperimento compiuto nel 2010 con quelli degli esperimenti che hanno fatto tanto scalpore quest anno. Ciò che hanno scoperto è che lo spettro di energie registrate nei fasci di neutrini nell esperimento OPERA è coerente con quello di particelle che viaggiano alla velocità della luce e non di più. In parole povere sembra esserci una contraddizione tra le velocità e le energie misurate nel corso dell esperimento OPERA. Già c era scetticismo riguardo a questi risultati e gli stessi scienziati che hanno condotto gli esperimenti li avevano annunciati con molta cautela senza avanzare ipotesi. Ora 3

4 più che mai bisognerà attendere ulteriori analisi dei dati e ulteriori esperimenti, soprattutto se effettuati in diversi luoghi con diverse attrezzature, per vedere cosa ne verrà fuori. In casi del genere è possibile che molto presto arrivi l annuncio che è stato trovato un errore nell esperimento OPERA oppure bisognerà attendere il prossimo anno per avere i risultati dei prossimi esperimenti analoghi già annunciati. Per il momento rimaniamo ancor più di prima col dubbio che ci sia qualche problema nell utilizzo di quelle che d altra parte sono attrezzature incredibilmente sofisticate. Ricordiamo ora la nostra proposta di interpretazione (da Rif.1): Dal link nardelli.xoom.it/virgiliowizard/sites/default/files/sp_wizard/docs/neutr ini veloci.pdf, pubblicato sul sito nardelli.xoom.it/virgiliowizard/, riportiamo un brano della nostra interpretazione: Le altre ipotesi riportate dall articolo ( stringhe e dimensioni extra come scorciatoie, dimensioni privilegiate nello spazio cosmico), pur essendo ugualmente legittime, secondo noi (che pure siamo stringhisti, studiamo infatti le connessioni tra la teoria dei numeri e le teorie di stringa) hanno apparentemente meno indizi utili per interpretare al meglio i risultati dell esperimento OPERA, e quindi preferiamo l argomento densità del mezzo attraversato dai neutrini, per la nostra proposta di interpretazione, basata su una sopraccennata e possibile proporzionalità tra densità e velocità superluminale, con un relativo grafico che connette le due grandezze : y = n nanometri di anticipo (60 misurati nell esperimento), e quindi valore della nuova e maggiore velocità dei neutrini ( km/sec) rispetto a quella della luce. Nostra interpretazione : ck = c + n/10 km/sec; poiché gli n nanosecondi di anticipo sono 60, abbiamo 60/10 = 6 km/sec che se li sommiamo ai km/sec della luce nel vuoto, otteniamo km/sec. della velocità dei neutrini nella roccia, che ha densità di circa 5, 5 volte quella dell acqua, che vale 1. Il rapporto 60/5,5 10,91, se si mantenesse costante con altri valori di densità e nanosecondi di anticipo osservabili in futuri 4

5 esperimenti con altri mezzi attraversati, per es. acqua oceanica, o l intero diametro della Terra, con un rivelatore di collisioni neutriniche posto agli antipodi di Ginevra, giustificherebbe benissimo il nostro grafico, e quindi anche la nostra interpretazione. Probabilmente c entra anche l energia negativa (citazione di Erasmo Recami) e l effetto potrebbe essere una combinazione di densità e di energia negativa dei neutrini, ma per il momento limitiamoci soltanto alla densità del materiale attraversato (vuoto cosmico, gas di pianeti come Saturno (densità 0,7 minore a quella dell acqua), roccia (densità di circa 5,5, volte quella dell acqua,, piombo (densità 11,3, ecc.) La nostra interpretazione è in poche parole, questa: la velocità della luce è: 1) c0 nel vuoto cosmico, con densità 0, e cioè la minima, km/sec., quella relativistica e nota come costante universale, ma che varrebbe soltanto nel vuoto cosmico. 2) c1 nei gas dei pianeti gassosi (densità minore di 1) 3) c2 nell acqua (densità 1) 4) c3 = nelle rocce (densità circa 5,5, con i 60 nanosecondi di anticipo sulla normale velocità della luce ; ecc. ecc. vedi TABELLA 1 e relativi valori stimati. Indizi considerati: densità delle rocce Dal sito : osservareilcielo.astrofili.org/terra.html riportiamo un brano con il valore medio della densità terrestre Il peso della Terra può essere espresso in tonnellate con il numero 66 seguito da venti zeri. La densità media terrestre è 5 volte e mezzo quella dell acqua. Lo studio delle rocce, delle scosse telluriche e della gravità, dimostrano però che la struttura della Terra non è omogenea. Nei pressi del centro terrestre, la materia è sottoposta a pressioni dell ordine di tonnellate per centimetro quadrato; questa enorme pressione fa sì che il nucleo centrale abbia una densità molto elevata (da 10 a 12 volte quella dell acqua). Il raggio terrestre medio è lungo chilometri; i primi chilometri appartengono al nucleo che per l enorme pressione, reagisce alle onde sismiche come un liquido. 5

6 Poichè l esperimento del CERN è stato fatto nella crosta terrestre, e non al centro, la densità da prendere in considerazione per la nostra ipotesi è 5,5, e quella dell acqua è 1, come punto di riferimento, e 2*5,5 = 11 come media aritmetica tra i valori 10 e 12 per il nucleo centrale della Terra. Quindi i 60 nanosecondi di anticipo corrispondono ad una densità di 5,5 della crosta terrestre. Nelle stelle di neutroni la densità è invece elevatissima, alla quale corrispondono un numero pure elevatissimo di nanosecondi di anticipo, e quindi ad una velocità dei neutrini in quel mezzo proporzionalmente molto più elevata di quella osservata nella roccia, e si potrebbe calcolare conoscendo il valore della densità delle stelle di neutroni rispetto all acqua (Vedi TABELLA 1). Einstein, quando parlava di velocità della luce, si riferiva al vuoto e non ai neutrini nella roccia; i neutrini sono paragonabili ai fotoni (con la differenza che i fotoni attraversano solo la materia trasparente e si riflettono e si rifrangono, mentre i neutrini no. Ma forse potrebbero avere un piccolissimo angolo di rifrazione, non osservato però nell esperimento). Quindi la nostra interpretazione sarebbe compatibile con la relatività, che parla di vuoto, e l esperimento, che parla di roccia (o altri eventuali materiali più o meno densi dal vuoto stesso alle stelle di neutroni, limite massimo di densità, che finora si sappia). Se l esperimento si ripetesse in futuro, facendo attraversare ai neutrini tutto il diametro terrestre, i nanosecondi di anticipo rispetto alla velocità della luce nel vuoto, sarebbero invece, circa 123, poiché la densità del nucleo è di circa d = 11, e quindi n = 11*10,91 = 120, Questa è la previsione più sperimentabile della nostra interpretazione dei risultati dell esperimento OPERA, basata sulle varie densità di materiali che i neutrini attraversano, sia in via naturale sia in via sperimentale, Solo che emettitore di neutroni e rilevatore di neutrini dovrebbero essere posizionati agli antipodi, per esempio il primo a Ginevra e il secondo agli antipodi, nell Oceano Pacifico. Grafici e tabelle analoghe si possono fare per le variazioni della velocità della luce, e in questo caso dei neutrini, dovute alle varie 6

7 densità di materia attraversata. Poiché per la velocità osservata nell esperimento è stata di km/sec per una un valore di 60 nanosecondi d anticipo, e quindi l incremento chilometrico osservato è (nostra congettura provvisoria, in attesa di conferme teoriche o sperimentali) di 6 km = 60/10, possiamo dire che gli incrementi chilometrici per le altre ( conseguente ipotesi di stima, da confermare ed eventualmente migliorare in futuro in caso positivo): 5,45/10 = 0,545 km/sec. per i gas (tipo atmosfere di Saturno o Urano, che galleggerebbero sull acqua a causa delle loro minore densità, abbiamo considerato il valore medio 0,5, metà di 1 densità dell acqua); ora la velocità c1 stimata = ,5 = c1 = ,5 km/sec. 10,90/10 = 1,90 km/sec per l acqua, e quindi c2 = ,9 km/sec. 60/10 = 6, per le rocce, e quindi c3 = km/sec; osservata nell esperimento OPERA; 120/10 = 12 per tutto il diametro terrestre, e quindi c4 = km/sec; ecc. Vedi TABELLA 1 a pag.14 Conclusioni Concludendo, possiamo dire che ci potrebbe essere una certa proporzionalità, indagabile matematicamente e confermabile sperimentalmente, tra densità del mezzo attraversato e l incremento della velocità della luce rispetto al valore noto di c nel vuoto, e cos si spiegano i nanosecondi di anticipo nell attraversamento di un corpo denso, dal vuoto alle stelle di neutroni. La costante da usare, come abbiamo visto, è n/d = 60/5,5 = 10,91 (calcolata su valori noti ) da estrapolare poi per altre densità, calcolandone i valori di n = nanosecondi di anticipo rispetto alla velocità c, con la formula n = d*10,91 ottenendo i risultati della Tabella 1 e del grafico proposti 7

8 Conclusioni di questo lavoro Rimandiamo quindi il tutto al futuro esperimento decisivo attraverso l intero diametro del globo terrestre, con le due previsioni antagoniste: 1) Gruppo ICARUS: nessun incremento di velocità (salvo i 60 nanosecondi di anticipo se ulteriormente confermati), assenza (o presenza) della radiazione Cerenkov 2) Gruppo B. Riemann : anticipo di circa 120 nanosecondi rispetto alla velocità della luce Riferimenti 1) Proposta di interpretazione dei risultati dell esperimento sui neutrini (basata sulle diverse densità dei materiali attraversati ) Francesco Di Noto, Michele Nardelli, 2) Nota sul recente esperimento con i neutrini tra il CERN di Ginevra e i Laboratori del Gran Sasso ( La supersimmetria, il supermondo a 42 dimensioni: perché proprio il numero 42 e non altri?) Francesco Di Noto, Michele Nardelli Entrambi su questo sito 3) Dal sito odifreddi.blogautore.repubblica.it/2011/09/22/alla-velocita-del-neutrino/, riportiamo un autorevole e ottimo commento del Prof. Piergiorgio Odifreddi, ad indiretto sostegno teorico della nostra proposta: 8

9 di Piergiorgio Odifreddi SET 2011 Alla velocità del neutrino Non vedi quanto più veloci e lontano devono andare, e percorrere una maggiore distesa di spazio, nello stesso tempo che i raggi del Sole riempiono il cielo?. A parlare è Lucrezio, nel suo capolavoro La natura delle cose, riferendosi ai simulacri che fluiscono di continuo e in ogni direzione sulla superficie delle cose, e producono le impressioni visive negli occhi degli osservatori. Ma a parlare potrebbe anche essere il portavoce del Cern, che oggi ha annunciato che alcuni esperimenti mostrerebbero che i neutrini possono andare a velocità superiore a quella della luce, appunto. Prima di Lucrezio, la teoria di Epicuro assegnava ai simulacri una velocità ovviamente inferiore a quella della luce. Analogamente, prima dell annuncio di oggi, facevano i fisici con i neutrini: particelle che, in qualche modo, sono sempre state collegate alle ricerche italiane. Infatti, alcune delle intuizioni più profonde al loro riguardo erano state fatte da Bruno Pontecorvo, fratello del regista. Intuizioni che, opportunamente sviluppate e confermate, portarono molti scienziati al premio Nobel (nel 1988, 1995 e 2002). Ma il premio non andò mai a Pontecorvo, che fu punito per essere scappato nella direzione sbagliata (in Unione Sovietica) dopo la guerra. Se le osservazioni effettuate dal team di Antonio Ereditato fossero confermate, la memoria di Pontecorvo sarebbe finalmente vendicata da un italiano. Il condizionale, però, è d obbligo. Già altre volte, infatti, i neutrini hanno riservato sorprese. Ad esempio, a lungo si pensava che non avessero massa, e andassero alla velocità della luce. Poi si scoprì che una massa ce l avevano, e che dunque dovevano andare un po più lenti. Oggi, ci dicono che invece vanno un po più veloci. Certamente una delle tre alternative è quella giusta, ma quale? E, se fosse quella annunciata oggi, che succederebbe? Sgombriamo subito il campo da un interpretazione sensazionalistica, che è circolata ad arte insieme alla notizia dell esperimento. La relatività di Einstein non prevede affatto che la velocità della luce non possa essere superata! Lo si dice continuamente, ma questo non significa che sia vero. Ciò che la relatività prevede, è soltanto che ci debba essere una velocità limite che non può essere superata. Gli esperimenti finora sembravano indicare che questa velocità insuperabile fosse quella della luce nel vuoto, e forse dovremo cambiare espressione: invece di dire che non si può superare la velocità della luce, magari un giorno diremo che non si può superare quella dei neutrini. Una possibile riformulazione dell annuncio, dunque, è semplicemente che la velocità massima prevista da Einstein non è quella della luce, bensì qualcosa di molto prossimo ad essa: la differenza sembra essere di 60 nanosecondi sul tempo di percorrenza della distanza di 730 chilometri tra il Gran Sasso e il Cern, tra i quali si è fatto l esperimento. E questa differenza infinitesimale sarebbe appunto sfuggita negli esperimenti fatti finora sulla luce: un fatto sperimentale interessante,ma certo non una tragedia teorica. 9

10 Coloro che preferiscono le rivoluzioni, si chiederanno se l errore non stia invece, più che nelle misure sulla luce, nella relatività stessa. Tentare di buttare giù dal piedestallo Einstein, come lui aveva fatto con Newton, è una tentazione troppo grande per resisterle. Purtroppo per i giovani turchi della fisica, la relatività è confermata da miliardi di esperimenti, e non ne basterà uno solo a scalzarla. D altronde, era Einstein stesso a dire che la scienza non è una repubblica delle banane, dove le rivoluzioni succedono ogni giorno : ovvero, ribellarsi è giusto, ma il successo non è garantito. Scritto in Senza categoria 784 Commenti» NOTA 1 DAL SITO: notizie.tiscali.it/articoli/scienza/12/02/a-neutrini-errore.html Neutrini superveloci: errore o scoperta? Il Cern: esperimento ancora da verificare Uno spinotto mal chiuso, un orologio non ben tarato: sono questi i difetti nell'enorme complesso sperimentale montato fra il Cern di Ginevra e i laboratori del Gran Sasso che avrebbero condotto erroneamente a individuare neutrini più veloci della luce. L'annuncio, diffuso ieri in forma dimessa da un trafiletto nella rubrica degli aggiornamenti del mensile scientifico americano "Science", citando fonti anonime, ha portato in tutto il mondo a titoli come "Einstein vendicato" o "la luce di nuovo prima". Si tratta di conclusioni frettolose (come frettoloso, forse, era stato nel settembre scorso l'annuncio dei neutrini "superluminali"), che non cambiano la sostanza delle cose: in un esperimento, condotto da due fra le maggiori istituzioni scientifiche del mondo, è emerso un dato che potrebbe sconvolgere la fisica. Prima di accettarlo o respingerlo, sono necessarie ulteriori verifiche da parte di istituzioni terze e indipendenti. Lo sottolineano gli stessi scienziati del Gran Sasso, ricordando di avere programmato a maggio una ripetizione, per la terza volta, della loro esperienza, mentre a Stanford negli Usa e in un laboratorio in Giappone si cercherà di verificare il risultato usando metodiche diverse. In ricerche di questo genere la prudenza è d'obbligo, e prima di arrivare a conclusioni occorre l'unanimità, per quanto possibile, del mondo scientifico. Tuttavia, parlare immediatamente di "errori" che inficiano il risultato delle due esperienze condotte finora, a settembre e a novembre scorsi, e che in entrambi i casi avevano evidenziato i neutrini superluminali, non è del tutto corretto. La prima anomalia riscontrata, cioè un orologio atomico non esattamente calibrato, in realtà andrebbe a favore 10

11 dell'esperimento, perché se la taratura fosse stata esatta avrebbe misurato una velocità dei neutrini ancora maggiore. La seconda anomalia riguarda una connessione non perfetta fra il cavo a fibra ottica che collega il ricevitore Gps usato per verificare la scansione temporale del percorso dei neutrini e una scheda elettronica all'interno di un computer. Questa anomalia potrebbe aver alterato il flusso dei dati, rendendo meno esatte le statistiche su cui, in ultima analisi, si basano i risultati presi come definitivi. Tuttavia, non è chiara la portata dell'anomalia, e neppure se essa fosse in atto mentre venivano effettuate le misure. Per questo, comunque, gli scienziati del Gran Sasso, guidati dal professor Antonio Ereditato, coordinatore della collaborazione internazionale "Opera" destinata a studiare le caratteristiche dei neutrini, hanno chiesto al Cern di Ginevra di inviare un altro fascio delle elusive particelle dall'acceleratore che le genera, situato al confine tra Francia e Svizzera, e il tunnel negli Appennini dove si trova l'apparato ricevitore. L'esperienza, effettuata una prima volta il 21 settembre scorso, era stata ripetuta a novembre con impostazioni metodologiche più precise, dando sempre lo stesso risultato: alcuni neutrini del fascio si dimostravano più veloci della luce di circa 60 miliardesimi di secondo. Questo significa che, sul "traguardo", hanno lasciato indietro la luce di 180 centimetri circa, su una distanza di 732 chilometri (la luce viaggia a circa trecentomila chilometri al secondo). Di fronte a cifre di questo tipo, così difficili da commisurare, è abbastanza ovvio che qualsiasi risultato debba essere considerato valido soltanto dopo ripetute verifiche. Ed è esattamente quello che hanno fatto gli scienziati del Gran Sasso, che hanno sempre parlato per il loro esperimento di un esito non conforme a quanto ci si aspettava, senza dare nulla per scontato ma accingendosi a ripetere loro stessi l'esperienza e invitando la comunità scientifica internazionale a procedere a ripetizioni indipendenti. Questo è indispensabile per ogni procedura scientifica, e lo è tanto di più per un risultato di questo genere, che porterebbe a rivedere la nostra immagine dell'universo e a riscrivere tutti i libri di fisica pubblicati dal 1901 ad oggi. Nelle dichiarazioni rese dai ricercatori italiani dopo la divulgazione del trafiletto anonimo di "Science", in cui si dava per scontata la presenza di "errori" nella conduzione dell'esperimento del Gran Sasso, traspare tuttavia una certa irritazione. E' comprensibile. Nel trafiletto su Science, si dice che la rivista americana ha appreso degli "errori" da parte di "fonti vicine al team sperimentale" (non si specifica quali), e si aggiunge che, comunque, saranno necessari "ulteriori dati" (sempre senza precisare da dove dovrebbero venire). Fra i laboratori che, già da prima del Gran Sasso, stavano verificando la velocità dei neutrini, e avevano già riscontrato "stranezze" al riguardo, c'è anche il centro di Stanford, negli Usa. Se, per pura ipotesi, da esso dovesse arrivare la conferma del comportamento superluminale di queste particelle, allora, in base ai protocolli scientifici internazionali, una volta scartato per difetti metodologici l'esperimento del Gran Sasso, il primato della scoperta spetterebbe non agli europei ma agli americani. E, con esso, i relativi premi Nobel, onori, prebende e incisione a lettere di bronzo nella Storia della Scienza. Se al Gran Sasso sono irritati e cercano di ottenere conferma del loro risultato "al più presto" e "senza anomalie", non hanno tutti i torti. Come diceva Andreotti, a pensar male si fa peccato, ma ci s'azzecca. 22 febbraio 2012 Redazione Fiscali i 11

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