neutrini più veloci della luce

Chiacchiere di fisica di Stefano Marcellini

Alcuni anni fa l’esperimento OPERA, sotto i Laboratori del Gran Sasso, uscì con una notizia sensazionale: una misura sulla velocità dei neutrini, particelle subatomiche ben note ai fisici, sembrava indicare che essi viaggiassero più veloci della luce. La misura della loro velocità, pur tenendo conto delle possibili incertezze sperimentali del caso, appariva fortemente incompatibile con il fatto che essi viaggiavano alla velocità della luce, o più lenti. Fortemente incompatibile, secondo il linguaggio della teoria degli errori: addirittura 6 deviazioni standard di differenza rispetto all’ipotesi di neutrini rispettosi della teoria della relatività.

Una notizia bomba! I fisici poi adorano quelle scoperte che ti obbligano a riscrivere i libri di fisica. Nonostante ciò, però, quasi nessuno ci credeva realmente. Nonostante la misura fosse così incompatibile con quanto previsto dalla teoria, praticamente tutti erano convinti che doveva esserci un errore di misura da qualche parte. E infatti, a breve si scoprì che dietro c’era un banale quanto subdolo effetto a cui nessuno aveva pensato: un cavetto mal collegato, tra la miriade di cavetti dell’esperimento, che casualmente ci faceva apparire i neutrini più veloci del previsto.

Praticamente nello stesso periodo, al Cern di Ginevra gli esperimenti ATLAS e CMS osservavano nei loro dati un accenno di ciò che si sarebbe poi rivelata la particella di Higgs, ricercata dai fisici da decenni. Il presunto segnale della sua esistenza era solo a 3 deviazioni standard di differenza rispetto al fondo, e occorrevano altri dati per esserne sicuri. Eppure, tutti i fisici erano già convinti che quella sarebbe stata la volta buona: stavano osservando per la prima volta il Bosone di Higgs.

Ma perché con 6 sigma nessuno credeva ai neutrini superluminali, mentre con sole 3 sigma tutti erano già pronti con lo Champagne? Il motivo è che mentre l’esistenza del Bosone di Higgs si inquadrava in una teoria che era già stata verificata in mille modi diversi in tutti i suoi aspetti, dei quali l’Higgs era l’ultimo anello previsto ma ancora mancante, al contrario un secolo di esperimenti di fisica delle particelle aveva mostrato che era “estremamente improbabile”, per usare un eufemismo, che i neutrini potessero viaggiare più veloci della luce. In altri termini mentre la probabilità a priori (cioè indipendente dall’esperimento in questione) dell’esistenza del Bosone di Higgs era molto alta, al contrario nessun fisico avrebbe scommesso un centesimo che i neutrini potessero realmente andare più veloci della luce.

Facciamo un esempio veramente estremo, per capire meglio questo punto. Immaginiamo di essere alla notte di Natale. Abbiamo invitato tutti i parenti, abbiamo cenato assieme, e poi abbiamo scartato i regali, e tutto il campionario di cose che si fanno in queste occasioni. Ovviamente abbiamo anche acceso il camino, che a Natale ci vuole! Poi, a fine serata, tutti gli ospiti se ne vanno, e noi, che siamo dei precisini esagerati, puliamo e riordiniamo tutto, perché non sopportiamo di andare a dormire con la casa in disordine. E ovviamente puliamo per bene anche la fuliggine davanti al camino. Terminato il lavoro, diamo un’occhiata tutto attorno: la casa è perfetta e pulitissima e possiamo finalmente andare a dormire.

La mattina dopo ci svegliamo, e – orrore! - ci sono delle impronte di scarpe e fuliggine proprio davanti al camino! Eppure eravamo certi di aver controllato che tutto fosse pulito prima di andare a dormire. Avremmo potuto giurare che quelle impronte non c’erano! Beh... sebbene non sappiamo spiegare sul momento l’origine di quelle impronte, la loro presenza non rende in alcun modo più probabile che durante la notte sia arrivato Babbo Natale! 

Perché? Perché sebbene non siamo capaci di spiegare quelle impronte con ciò che conosciamo, e nonostante esse ci appaiano improbabili in base a tutti i controlli che abbiamo fatto prima di andare a dormire (a molte sigma di discrepanza!), la probabilità a priori dell’esistenza di Babbo Natale è così piccola, per usare un eufemismo, da rendere comunque più probabile l’ipotesi di un errore di valutazione da parte nostra.

Ecco, i neutrini superluminali erano un po’ come l’esistenza di Babbo Natale. Però, se fosse stato vero, sarebbe stato fantastico!