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Giovedì, Ottobre 22, 2020
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Dalla collaborazione OPERA CERN-INFN arriva la prima conferma sui neutrini che viaggiano più veloci della luce

I neutrini vìolano effettivamente il limite, finora ritenuto assoluto, della velocità della luce? La notizia del risultato dell’esperimento CERN-Laboratori INFN del Gran Sasso ha fatto il giro del mondo, guadagnandosi le prime pagine dei giornali e le aperture dei TG, ma la comunità scientifica era in attesa di qualcosa di più. La cautela è d’obbligo in questi casi, anche perché si tratterebbe di una rivoluzione per tutta la fisica, in particolare per il campo di ricerca delle particelle elementari.



I nuovi dati diffusi dalla collaborazione OPERA CERN-INFN, pubblicati ora su arXiv sembrano fugare molti dubbi su alcune delle possibili fonti di errore che potrebbero aver condizionato il risultato: in particolare i “pacchetti” di neutrini sono compresi in soli tre nanosecondi e spaziati gli uni dagli altri di 524 nanosecondi. Il miglioramento è quindi evidente rispetto a quelli della misura annunciata a settembre: in quel caso i fasci duravano 10,5 microsecondi e erano distanziati da 50 millisecondi. I 20 eventi di rivelazione di neutrini hanno così permesso non solo di confermare ma anche di rafforzare la conclusione che tali neutrini siano superluminali.

Neutrini superluminali, arriva la prima confermaclicca per ingrandire

Nell'articolo viene riportata la precisa determinazione della velocità del neutrino, definita come il rapporto tra la baseline del fascio di neutrini tra il CERN e il Gran Sasso (CERN Neutrino beam to Gran Sasso o più brevemente CNGS) e il tempo di viaggio (time of flight, o TOF) delle stesse particelle attraverso la crosta terrestre, basandosi sui dati con un’alta significatività statistica raccolti da OPERA negli anni 2009, 2010 e 2011.

La misurazione della distanza ha beneficiato di una campagna di geodesia

di grande accuratezza, che consente di avere un’incertezza di soli 20 centimetri sui 730 chilometri della distanza tra il punto di emissione del fascio e il punto di rivelazione. Analogamente, il miglioramento dei sistemi di misurazione temporale del fascio CNGS e del rivelatore di OPERA ha permesso un’ulteriore riduzione degli errori sistematici.

Quello prodotto e inviato verso il CERN è un fascio quasi puro di neutrini muonici con un’energia media di 17 GeV, ottimizzato per gli studi del fenomeno di oscillazione, ovvero di trasformazione dei neutrini muonici in neutrini tauonici. Esso è prodotto accelerando protoni fino all’energia di 400 GeV/c con l’acceleratore Super Proton Synchrotron (SPS) del CERN che vanno poi a incidere su un bersaglio di grafite, dove vengono prodotti i neutrini, in due “estrazioni”, ciascuna delle quali, come anticipato, è passata da una durata di 10.500 a tre nanosecondi, mentre gli intervalli di tempo che li separano sono passati da 500 milioni a 524 nanosecondi.

Come sottolineato su ArXiv, il tempo di viaggio del neutrino, con questi miglioramenti, può essere misurato al livello di una singolo interazione, mentre con le “vecchie” misurazioni il neutrino “visto” da OPERA avrebbe potuto essere stato prodotto da uno qualunque dei protoni all’interno del tempo di estrazione (ciò rende ovviamente più complessa l’elaborazione dei dati relativi a distribuzioni temporali degli eventi di emissione dei neutrini confrontate con gli eventi di rivelazione dei neutrini con OPERA).

Un altro passo fondamentale per la misurazione del TOF è la “sincronizzazione degli orologi” tra i due punti che distano 730 chilometri: dal 2008 CERN e LNGS hanno due orologi atomici al cesio identici dotati di ricevitori del segnale della rete di satelliti GPS che hanno rimediato alla precedente accuratezza di 100 nanosecondi, insufficiente quest’ultime misurazioni di velocità.

Tutti questi miglioramenti metrologici ottenuto negli ultimi anni, uniti all’ampia statistica permessa dai circa 16.000 eventi di rivelazione di neutrini di OPERA, ha consentito in definitiva di migliorare di un ordine di grandezza, rispetto a precedenti esperimenti sui neutrini, la sensibilità della misurazione del rapporto (v-c)/c (dove v è la velocità del neutrino e c è quella della luce).

I risultati dello studio indicano che i neutrini muonici CNGS con energia media di 17 GeV arrivano in anticipo rispetto a quelli attesi con calcoli che assumono per essi una velocità pari a quella della luce: l’anticipo è stato misurato in 60,7 nanosecondi.


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