Neutrini superluminali, materia oscura e neutroni specchio

Riserva sempre sorprese chiacchierare con Shmuel Nussinov. Nussinov spende molti mesi ogni anno in visita presso istituti di ricerca americani: l'Institute for Advanced Study a Princeton, Upenn, l'Università del Maryland e ora la Chapman University. I suoi consueti seminari al C. N. Yang Institute per la Fisica Teorica, a Stony Brook, sono un must e sarete certi di rimanere a bocca aperta. In occasione del suo recente settantesimo compleanno, Nussinov decise di farsi un regalo unico nel suo genere: pubblicare undici articoli di fisica teorica nella stessa settimana, sui più svariati argomenti. Dalla materia oscura, alla fisica dei neutrini, alla teoria dei grafi e quant'altro...

Parliamo dell'esperimento sulla bocca di tutti: OPERA, nel laboratorio del Gran Sasso, che raccoglie un fascio di neutrini sparato dall'acceleratore di particelle al CERN di Ginevra, dopo aver attraversato 700 miglia di solida roccia come niente fosse. La collaborazione ha recentemente pubblicato un articolo, in cui chiedono alla comunità scientifica di verificare la loro analisi dei dati: i neutrini misurati avrebbero viaggiato più veloci della luce... Credi che questa sia la spiegazione?

Sicuramente no. Ci sono molte ragioni per credere che le loro conclusioni siano sbagliate. Se i neutrini fossero più veloci della luce, come suggeriscono, la stessa anomalia si paleserebbe in un gran numero di altri esperimenti: ma questo non è successo! L'esempio più semplice è la fisica dei raggi cosmici, che possiamo misurare con estrema accuratezza. Una velocità superiore a quella della luce si traduce in una violazione dell'invarianza di Lorentz, il pilastro della relatività speciale di Einstein.

Per esempio, i pioni osservati dal decadimento dei raggi cosmici, di solito non decadono quasi mai in un muone e un neutrino muonico. Ma nel caso raro in cui decadano in questo canale, assumendo per assurdo che questi neutrini fossero più veloci della luce, i “cattivi” neutrini muonici porterebbero solo una frazione infinitesima dell'energia, lasciando la maggior parte del bilancio energetico ai muoni. In contraddizione con le osservazioni dei raggi cosmici.

Un'altra contraddizione, scoperta dal Nobel Sheldon Glashow e Andrew Cohen: se avessimo neutrini muonici di alta energia che viaggiano più veloci della luce, questi rilascerebbero coppie di elettroni-positroni, diminuendo la propria energia. L'ipotetico fascio di particelle perderebbe una grossa quantità di energia in questo modo. Questo sarebbe in conflitto chiaro e lampante con una serie di esperimenti dalle misurazioni estremamente affidabili.

Quali potrebbero essere le spiegazioni alternative?

Non mi viene in mente nessuna soluzione possibile che sia coesistente con tutti gli altri esperimenti allo stesso tempo... Si tratta probabilmente di un errore sistematico di cui non si è tenuto conto. In ogni caso, altri esperimenti in tutto il mondo stanno cercando di riprodurre i risultati di OPERA, quindi non ci resta di aspettare e vedere!