Cinque mesi di lavoro attento e meticoloso, alla ricerca di quell’errore, di quel problema che avrebbe mandato in fumo i risultati della loro stessa scoperta, la più sensazionale del 2011: neutrini che viaggiano più veloci della luce. E alla fine, forse, i ricercatori dell’esperimento italiano Opera (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) nei Laboratori nazionali del Gran Sasso, hanno trovato due possibili errori: un problema nella sincronizzazione degli orologi atomici usati per misurare partenza e arrivo del fascio di neutrini, e uno nello stato del cavo che connette il sistema Gps a una scheda dei computer di Opera.
“Come abbiamo avuto i nostri dubbi all’inizio, li abbiamo ancora. Abbiamo lavorato intensamente per cercare la causa di questa anomalia“, ha detto all’Ansa il fisico Antonio Ereditato dell’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn), coordinatore della collaborazione Opera: “Abbiamo fatto, rifatto e ancora rifatto tutti i test possibili e ogni volta si imparava qualcosa di più. Abbiamo cercato a tappeto, esaminando tutti gli aspetti possibili, e alla fine abbiamo trovato due effetti… Nella totale e responsabile trasparenza e onestà – ha detto – presentiamo questi nuovi dati con lo stesso livello di dubbio con cui nel settembre scorso avevamo annunciato l’anomalia nella misura della velocità dei neutrini. Bisogna mantenere la calma perché nemmeno adesso abbiamo la certezza“.
Ma andiamo con ordine:
Era il 23 settembre 2011 quando i ricercatori dell’esperimento Opera del Cern annunciavano di aver riscontrato un’anomalia nella misura della velocità riportata da un fascio di neutrini, lanciati dal laboratorio svizzero verso quello sotto il Gran Sasso. Queste particelle infatti sembravano aver percorso i 730 km di distanza tra i due laboratori a una velocità superiore a quella della luce: di 60 nanosecondi. Dati che avrebbero fatto crollare uno dei pilastri su cui si basa gran parte della fisica moderna: la Teoria della Relatività Ristretta di Einstein secondo la quale nessuna particella dotata di massa può raggiungere una velocità superiore a quella della luce.
Per ottenere questo valore, i fisici del Cern e quelli del Gran Sasso avevano dovuto sincronizzare la misura dei tempi tra i due laboratori e calcolare con alta precisione anche la reale distanza tra la sorgente, a Ginevra, e il rilevatore, nell’Appennino italiano: questa è stata calcolata con un’incertezza di appena 20 centimetri su un percorso di 730 chilometri. Il tempo di volo dei neutrini è invece stato determinato con una precisione di meno di 10 nanosecondi, usando Gps avanzati e orologi atomici. Proprio in questi due passaggi, come vedremo, avrebbero avuto luogo i problemi che invece smentirebbero i risultati di Opera.
La prudenza e le critiche di allora:
Già allora i ricercatori erano cauti, avevano espresso una buona dose di incertezza e avevano effettuato (quasi) tutti i controlli e le verifiche che si potevano realizzare in quel momento. Così, infatti, scrivevano su un articolo pubblicato in pre-stampa su ArXiv per essere sottoposto a una peer review, ovvero all’esame di tutta la comunità scientifica: “ Dopo numerosi e attenti controlli e dopo che le misure sono state effettuate più volte, i dati sembrerebbero consistenti, ma l’impatto che un risultato di questo tipo potrebbe avere sull’intera comunità scientifica ci spinge a continuare la ricerca di eventuali errori sistematici ancora sconosciuti che ne diano una spiegazione più semplice”.
Prudenza ribadita anche da Dario Autiero, ricercatore del Cnrs e collaboratore dello studio: “Sebbene le nostre misure abbiano una bassa incertezza sistematica e un’elevata accuratezza statistica, e nonostante la fiducia riposta nei nostri risultati sia alta, siamo in attesa di confrontarli con quelli provenienti da altri esperimenti”.
Insomma anche se speravano nel colpaccio, tutti erano pronti a mesi di controlli capillari in casa e fuori. Anche perché i dubbi erano tanti anche in seno allo stesso esperimento: non tutti i numerosi ricercatori di Opera avevano voluto firmare lo studio pubblicato su Arvix, perplessi dagli stessi dubbi che attanagliavano la comunità scientifica.
Le perplessità, come abbiamo già spiegato in un precedente articolo, riguardavano sia quello che questi risultati mettevano in discussione, la teoria di Einstein e la consequenzialità causa-effetto, sia il fatto che i dati ottenuti non erano coerenti e con quello che si sapeva dei neutrini, sia, infine, le modalità dell’esperimento stesso. Già all’epoca, come riportava Ars Technica, alcuni ricercatori avevano individuato tre possibili fonti di errore: la misura del tempo (quello che viene chiamato il tempo di volo dei neutrini), la distanza tra i due laboratori e la possibilità di determinare il momento esatto di partenza del getto delle particelle. Sembrava però che tutte le contromisure fossero state prese.
Per misurare il tempo di volo dei neutrini sono stati usati orologi atomici che possono sbagliare di un secondo su 30 milioni di anni. E le misurazioni sono state fatte da due diverse équipe, una tedesca e una svizzera. Per calcolare con precisione la posizione dei macchinari sotterranei del Gran Sasso, invece, era stato usato, in via del tutto pioneristica, un sofisticato sistema Gps. La terza questione era la più delicata: il momento esatto della creazione del fascio di neutrini è la cosa più difficile da misurare, perché non ci sono rilevatori di neutrini in uscita nei laboratori del Cern e quindi si può calcolare solo indirettamente, come spiegava già allora Rob Plunkett del Fermilab di Batavia al New Scientist.
Gli errori saltati fuori:
“La prima anomalia, di tipo meccanico, riguarda un problema di trasmissione di un segnale, in particolare quello che sincronizza l’orologio del Gran Sasso con quello del Cern”, spiega Antonio Masiero, direttore della sezione di Padova dell’Infn. Per conoscere gli istanti esatti in cui il fascio di neutrini parte e arriva è infatti necessario che i due strumenti siano perfettamente sincronizzati; questo si fa tramite un Gps. Ed ecco il problema: sembra che il cavo di fibra ottica che mette in comunicazione il Gps con il computer che analizza i dati non mantenga costante i tempi di trasmissione, ma che a volte acceleri. “ Non possiamo sapere come si è comportato il cavo al momento dell’esperimento, ma preoccupa il fatto che l’errore è proprio di quelle decine di nanosecondi in meno rilevate”.
Il secondo problema è legato alla scheda elettronica che registra il momento in cui i neutrini colpiscono il bersaglio sotto il Gran Sasso: “In questo caso abbiamo un errore che va nel senso opposto”, continua Masiero: “È come se l’orologio avesse dato un tempo maggiore di quello effettivamente impiegato dai neutrini. Per ora, però, è difficile valutare di quanto potrebbe essere questo errore. I ricercatori ci stanno lavorando: se fosse dello stesso ordine di grandezza dell’altro, si potrebbe pensare a una compensazione, ma è tutto da vedere”.
E ora? Ovviamente continuano i controlli da parte degli stessi ricercatori di Opera, che prima di rilasciare i risultati avevano già ripetuto i test. Prima del riscontro comunque, si era progettato di fare delle nuove verifiche anche in altri tre esperimenti, che si sono già dotati di tutta la strumentazione necessaria. In più si sta studiando la possibilità di fare misure di verifica utilizzando i raggi cosmici.
La prudenza di settembre è addirittura moltiplicata, come si anche evince dalle dichiarazioni a Nature di Caren Hagner, membro dell’esperimento opera dell’Università di Amburgo in Germania dice: “Per il momento la collaborazione ha deciso di non produrre un resoconto quantitativo, perché dobbiamo ricontrollare e discutere i risultati in modo più approfondita”. Anche la posizione ufficiale del Cern è di attesa: James Gillies, portavoce del Cern, ha confermato i problemi del sistema Gps ma ha ribadito che saranno necessarie nuove misure prima di poter trovare conferme a una qualunque delle teorie. I ricercatori di Opera, infatti, hanno già in programma di ripetere le misure appena un nuovo fascio di neutrini sarà pronto per essere lanciato. E non sono i soli pronti a nuove misure: al Fermilab i membri di Minos continuano a tentare di fare le loro misure indipendenti della velocità dei neutrini, con i primi risultati che dovrebbero arrivare proprio quest’anno. “Fasci di neutrini sono sparati verso una miniera che si trova a circa 730 km di distanza”, dice Masiero: “Stanno prendendo i dati e nel giro di qualche mese dovremmo avere i risultati. In ogni caso non va dimenticato che l’esperimento Opera conserva il privilegio di aver raggiunto una grandissima precisione sulla velocità di particelle subatomiche, una tra le migliori al mondo”.
via wired.it
Credit immagine: Opera, Laboratori nazionali del Gran Sasso
