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Fisica dei neutrini

• • fonte: articolo da Internet               

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.

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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 cè 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.