I neutrini violano la conservazione dell'energia? #LegaNerd


Nel precedente articolo sull’esperimento OPERA avevo promesso di aggiornarvi in caso di notizie e questa è talmente grossa da meritarsi un articolo a se! Autore della pubblicazione è il premio Nobel per la Fisica Sheldon Glashow, recentemente intervistato da Piergiorgio Odifreddi sull’argomento (troverete il link in fondo).

L’effetto Cherenkov


In breve l’esperimento OPERA ha misurato che i neutrini muonici si muovono circa 7500 m/s più veloci della luce. Alcuni hanno visto in questo il crollo della relatività, ma per Glashow non è così.
Per comprendere le sue motivazioni dobbiamo innanzitutto parlare dell’effetto Cherenkov, scoperto dall’omonimo scienziato russo.
L’esempio classico è quello di una particella sparata in un liquido con indice di rifrazione n. Qui la velocità con cui si muove la luce nel mezzo è $latex {v=\frac{c}{n}}$, ma la particella può tranquillamente superarla, purché non superi la velocità della luce nel vuoto c, questo sì limite invalicabile (lasciatemi mettere da parte per ora i risultati dell’esperimento).
Se la particella che viaggia più veloce della luce nel mezzo è carica, allora emetterà raggi gamma, creando un caratteristico cono d’onda, lo stesso, come forma, creato dagli aerei che viaggiano oltre la velocità del suono, solo composto di onde elettromagnetiche invece che onde sonore.
In approfondimento l’animazione del cono d’onda:
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La conservazione dell’energia


Abbiamo detto come l’effetto Cerenkov consista nell’emissione di un fotone da parte di una particella carica in movimento a $latex {v>\frac{c}{n}}$, ma cosa succederebbe se questa particella si muovesse a velocità maggiori di quella della luce?
Nel loro articolo Glashow e Cohen mostrano come per una particella che viaggia a velocità superluminari la radiazione Cerenkov può emettere coppie elettrone/antielettrone (sarebbe interessante vedere come, ma non è nello scopo dell’articolo).
Partendo da queste considerazioni i due calcolano la perdita di energia dei neutrini che viaggiano verso il Gran Sasso, proprio dovuta a questa radiazione emessa, ottenendo che l’energia di qualsiasi neutrino in viaggio a velocità maggiori di c tende a stabilizzarsi al valore 12.5GeV, indipendentemente dal valore iniziale della stessa (ovviamente maggiore del valore limite). La probabilità che a Gran Sasso arrivino neutrini ad energie superiori a questa sono trascurabili.
Dovrebbero quindi arrivarne pochissimi ad energie superiori a 12.5 GeV, mentre ne sono stati misurati molti a 20 o addirittura 50 GeV.
Se entrambi i valori fossero confermati, questo farebbe cadere i principi di conservazione dell’energia e dell’impulso, principi su cui si basa l'intera fisica!
Questa violazione farebbe cadere come pere tutte le teorie della fisica.
Per disinnescare questa “bomba” la proposta più interessante è quella che richiede un perfezionamento del principio di conservazione dell’impulso, di cui abbiamo, evidentemente, qualche lacuna. Altra proposta, meno sensata è che i neutrini viaggino velocissimi (10/20 volte c) nei primi metri per poi scendere a velocità subluce, ma, come detto, non ha molto senso…
Non ci resta che aspettare per vedere se i risultati dell’esperimento MINOS convalideranno o falsificheranno quelli del Gran Sasso…

Comunque, come già detto, è ancora troppo presto per avere risposte definitive, lascio a voi per i commenti e prometto nuovamente di tenervi aggiornati.

APPROFONDIMENTI:
-Pubblicazione su arXiv
-Esperimento MINOS
-Effetto Cerenkov
-Intervista di Odifreddi a Glashow

[Lezioni di Fisica] è la rubrica di divulgazione scientifica curata da @il-cavaliere-di-berzelius

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