CHI VUOLE CHE I NEUTRINI VADANO PIÙ VELOCI DELLA LUCE?

Ospitiamo l'intervento di Francesco Vissani, ricercatore del Laboratorio del Gran Sasso sul dibattito che si è sviluppato intorno al libro di Silvano Fuso.


In questa nota, si esamina il contesto da cui sono nate le ricerche

riguardanti la velocità dei neutrini, cogliendo lo spunto per parlare di meccanismi all'opera nel mondo della fisica teorica odierna e di alcuni aspetti critici nel rapporto tra scienza e società. 

 

di Francesco Vissani (clicca il nome per la scheda personale)

 

W. Pauli, appena ne intuì l'esistenza, si premurò di mettere nero su bianco una inequivocabile previsione della teoria della relatività: il neutrino doveva viaggiare più lentamente della luce, a meno che la sua massa non fosse stata trascurabile. Quando poi si scoprì che la massa del neutrino era davvero minuscola, si concluse che di regola, è un’ottima approssimazione assumere che la sua velocità coincide con quella della luce. Così, si riuscì a prevedere con successo l'emissione di neutrini da parte della supernova SN1987A, una osservazione che valse il premio Nobel per la fisica nel 2002. Per queste ed altre ragioni, gran parte dei fisici pensa che i neutrini si conformino alle aspettative della teoria di Einstein, come le altre particelle.


D'altro canto, è proprio Einstein a sostenere che “I concetti della fisica sono libere creazioni dello spirito umano e non sono, nonostante le apparenze, determinati unicamente dal mondo esterno”. Considerazioni del genere nobilitano anche gli sforzi di chi vorrebbe andare oltre la relatività einsteiniana. Gli indizi a favore sono scarsi e provengono da teorie incomplete - come le “stringhe”, le “dimensioni supplementari”, vari approcci verso la formulazione di una “gravità quantistica” – che hanno le loro motivazioni e sono ben considerate in ambienti accademici. Si noti, però, che, a causa di una assenza di riscontri sperimentali, esse sono nella condizione dei sei personaggi di Pirandello, penosamente impegnati a cercar prove della loro stessa esistenza. In ogni modo, sono queste teorie a fornire spunti per ipotizzare che  la velocità massima di alcune particelle non sia esattamente quella prevista dalla teoria di Einstein (e non solo: per esempio, i timori che si potessero produrre buchi neri al CERN di Ginevra nascono proprio da qui).

 

Negli ultimi decenni, alcuni fisici han preso a ragionare sulla possibilità che effetti del genere siano misurabili. Per esempio, Gonzalez-Mestres propose che i raggi cosmici di energie estreme percepiscano la granularità (?) dello spazio-tempo, modificando la loro propagazione. Amelino-Camelia, Ellis, Mavromatos, Nanopoulos, Sarkar suggerirono che i quanti di luce di energia più alta si muovano a velocità diversa di quelli di energia più bassa. Coleman e Glashow generalizzarono la congettura, assegnando ad ogni singola particella la propria velocità limite. Sulle prime, sembrò che alcuni risultati degli osservatori di particelle cosmiche AGASA e MAGIC corroborassero simili speculazioni; ma le successive investigazioni  mostrarono come tali interpretazioni non fossero altro che abbagli.

 

Queste ipotesi teoriche vennero avanzate senza preoccuparsi troppo di questioni di giustificazione; in questo modo, ci si voleva svincolare dagli aspetti più incerti della teoria, preferendo invece sottolineare la possibilità di condurre emozionanti esperimenti. Ma ottenere la pubblicazione su prestigiosi giornali comporta pericolosi effetti di suggestione, quali che siano le intenzioni dei loro proponenti. Tali effetti agiscono, in primis, su quei fisici che sono addetti agli esperimenti e che riconoscono l'autorità dei loro colleghi impegnati nella ricerca teorica, ma che, per una ragione o per un’altra, non valutano correttamente la fondatezza delle proposte avanzate - che pure li riguarderebbero. Si capisce poi a quali risonanze ci si esponga offrendo audaci speculazioni ad un pubblico ampio e non preparato. 

 

E siccome parliamo di fisica, è ora di tornare agli esperimenti. Il gruppo americano chiamato MINOS misurò nel 2007 la velocità dei neutrini prodotti negli acceleratori di particelle. Tra le ragioni di interesse ad effettuare tale misura vennero invocati tre lavori di Volkov, dei quali uno solo pubblicato, ed una ben nota rassegna generalista a cura di Smirnov e Mohapatra; tutti lavori che fanno ampi riferimenti a “stringhe” e “dimensioni supplementari”. Invece non venne menzionato il lavoro di Päs, Pakvasa, Weiler, dove si suggerisce che i neutrini possano approfittare di ipotetiche scorciatoie in altrettanto ipotetiche dimensioni supplementari - anche se, curiosamente, MINOS usò proprio questa terminologia.  In ogni modo, la velocità che venne misurata era compatibile, entro gli errori sperimentali, con quella attesa dalla teoria di Einstein. La misura destò solo un modesto interesse tra i fisici, per almeno quattro anni.

 

Poi, nel settembre del 2011, la collaborazione internazionale OPERA rilascia un “preprint” dove descrive la sconvolgente osservazione che i neutrini andrebbero un po’ più veloci della luce. Quel lavoro fornisce molti dettagli tecnici e menziona le precedenti misure della SN1987A e di MINOS. Delle motivazioni che hanno portato ad intraprendere proprio quella misura non c’è traccia; un segno, presumibilmente, di residua cautela da parte della collaborazione. Dopo mesi convulsi, in bilico tra l'emozione della grande scoperta ed il timore di spiegazioni più mondane, si scopre infine la ragione dell'errata inferenza: un cavo mal collegato. Il preprint viene modificato nel 2012 ed infine pubblicato, descrivendo l’ennesima conferma della teoria della relatività.

 

In pochi mesi, il preprint era stato citato più di 300 volte nella letteratura scientifica, principalmente da fisici teorici. Nel corso della discussione furono occasionalmente portati argomenti in supporto dell’ipotesi di neutrini più veloci della luce, ma vennero anche sollevate parecchie obiezioni, incluse quelle di Gonzalez-Mestres, di Glashow e del gruppo di fisica teorica del laboratorio del Gran Sasso. Nello stesso laboratorio, Icarus, Borexino ed LVD ripetettero la misura nei mesi immediatamente seguenti, ottenendo risultati conformi alle aspettative di Einstein.

 

Potremmo allora sostenere che il caso scientifico, di per sé, sia completamente rientrato, e sarebbe facile concessione alla retorica concludere con le parole “Sottile è il signore, ma non malizioso”, con cui il quarantaduenne Einstein commentò il risultato di un esperimento che sembrava contraddire la sua teoria e che alla fine risultò sbagliato. Invece, penso sia necessario sforzarsi di andare al di là degli aspetti episodici, ed usare questa occasione per riflettere su certi meccanismi che operano  all'interno del mondo della fisica. Mi limito a due spunti specifici, che riguardano il ruolo peculiare che ricoprono i fisici teorici ed il legame tra fisici e società.

 

Nella comunità scientifica contemporanea,esistono delle situazioni che tendono a favorire l'instaurazione del consenso, piuttosto che incoraggiare il pensiero critico ed indipendente. Limitandoci a quelle che mettono in gioco personalmente il fisico teorico, notiamo: la pressione a pubblicare velocemente; a lavorare su argomenti di moda e/o di successo; a riscuotere quante più possibili citazioni; a chiudersi nel proprio settore e/o a diventare super-specializzato; a presentare (o propagandare) i propri risultati in qualcuna delle numerosissime conferenze. Queste dinamiche sono assecondate se i risultati sperimentali su cui ragionare sono pochi; se le relazioni con gli esperimenti non sono ben delimitate; o se ci sono interferenze tra ruoli scientifici e manageriali. Naturalmente, un fisico teorico di valore deve essere capace di gestire tutte queste circostanze, ma andrebbe ricordato spesso che il metodo scientifico richiede molta disciplina tanto nell’applicare i processi deduttivi, quanto e ancor di più, quelli induttivi - cioè, quando si formulano nuove proposte o si valutano le ipotesi di lavoro. In breve, la massima di Newton “Hypotheses non fingo” resta attuale.

 

L'immagine della fisica che viene offerta alla società non è sempre accurata, ma alle volte essa è addirittura fuorviante. Naturalmente, qualcosa non ha funzionato all’interno della collaborazione. Ma anche stando semplicemente ai fatti sotto gli occhi di tutti, molti ricorderanno l’annuncio dato al pubblico senza aspettare il vaglio di un comitato editoriale terzo, necessario per ogni pubblicazione scientifica che si rispetti. Mi preme poi sottolineare il ruolo di quel tipo di editoria che funge da raccordo tra scienziati e società, e ricordare che la rivista “Nature” designò come scienziato dell’anno proprio il membro di OPERA responsabile dello studio della velocità dei neutrini, in seguito ritrattato. Penso che questa mancanza di cautela sia sintomatica, ma non la trovo sorprendente, considerando l’ampio spazio che è stato concesso, su quella celebre rivista e nei decenni scorsi, alle speculazioni sopra menzionate.

 

Riferimenti 

Questa nota è basata su [1]. Le ultime righe si riferiscono al sito web di Nature, vedi in particolare [2]. Una discussione pubblica è documentata in [3,4,5]. Non è difficile reperire materiale didattico o approfondimenti, per esempio in [6,7,8,9]. Una succinta introduzione agli studi in corso sui neutrini è in [10].  

 

[1] http://arxiv.org/abs/arXiv:1206.1466

[2] http://www.nature.com/news/365-days-nature-s-10-1.9678 

[3] http://battiston-lescienze.blogautore.espresso.repubblica.it/2012/02/22/riecco-i-neutrini-probabilmente-piu-lenti/ 

[4] http://battiston-lescienze.blogautore.espresso.repubblica.it/2012/03/16/da-nobel-a-nobel-albert-avevi-ragione-tu/ 

[5] http://battiston-lescienze.blogautore.espresso.repubblica.it/2012/03/26/giocherellando-con-la-massa-di-planck/ 

[6] http://www.cloc3.net/dokuwiki_2011-2012/doku.php/piuvelocedelneutrino 

[7] http://www.cloc3.net/dokuwiki_2011-2012/doku.php/o%20quasi 

[8] http://www.cloc3.net/dokuwiki_2011-2012/lib/exe/fetch.php/villani/vasto 220312.pdf

[9] http://ulisse.sissa.it/chiediAUlisse/domanda/2009/Ucau091026d001/?searchterm=LHC 

[10] http://www.asimmetrie.it/index.php/con-passo-leggero