Ho saputo della grande notizia da una mia studentessa di seconda liceo scientifico. Non sto scherzando, è proprio successo così: entro in classe alla prima ora e lei “prof! Ha visto?” e aveva perfino stampato l’articolo del Corriere della Sera on line! “Wow” è stato il mio commento a caldo. Anche perché sono molto felice quando imparo qualcosa dai miei studenti (che è uno dei motivi per i quali questo lavoro mi appassiona sempre di più, perché è uno scambio continuo fra docenti e studenti, fra studenti e studenti, fra docenti e docenti 
).
In questi giorni ho cercato di leggere tutto quello che ho potuto sull’argomento, anche perché la vicenda è interessante da molti punti di vista.
Quello che mi sta più a cuore in questo momento è trovare una via, una qualche strategia, per “portare i neutrini in classe”. Mi spiacerebbe che il tutto si riducesse a quattro frasi di commento scambiate in fretta alla fine dell’ora, che finiscono solo per sottolineare lo stupore o il senso di sensazionale che i media ci hanno trasmesso, senza poter integrare e arricchire la mia didattica. Perché quella che stiamo vivendo è un’ottima occasione, proprio una buona occasione, secondo me, per far toccare con mano che cos’è la fisica.
(a proposito, che cos’è?? 
)
Ho meditato su una serie di percorsi, di ipotesi di lavoro e mi piace l’idea di condividerle in questo spazio:
1) La vicenda
(L’aula magna del Cern di Ginevra il giorno della presentazione ufficiale dei risultati)
Primo passo, cercare di capire che cosa è successo, magari con una serie di domande e risposte:
- Che cosa sono i neutrini?
- Che cosa hanno scoperto i ricercatori?
- E adesso?
La scoperta arriva dall’esperimento Cngs (Cern Neutrino to Gran Sasso), nel quale un fascio di neutrini viene “sparato” dal Cern di Ginevra ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’Istituto Nazionale di Fisica nucleare (Infn). L’esperimento fa parte di una collaborazione internazionale che si chiama Opera.
La breve presentazione del 23 settembre sul sito dell’Infn è a mio parere una buona sintesi
sia dell’esperimento Opera:
«L’esperimento Opera è stato inaugurato nel 2006, con l’obiettivo principale di studiare la trasformazione rara (oscillazione) dei neutrini muonici in neutrini tau. Il primo di questi eventi è stato osservato nel 2010, dimostrando la capacità unica di questo esperimento nella rilevazione del segnale sfuggente dei neutrini tau.
Opera è stato ideato ed è condotto da un team di ricercatori provenienti da Belgio, Croazia, Francia, Germania, Israele, Italia, Giappone, Corea, Russia, Svizzera e Turchia. L’esperimento costituisce una complessa impresa scientifica realizzata grazie alla maestria di un gran numero di scienziati, ingegneri, tecnici e studenti, e con il forte impegno dei vari attori del progetto. In particolare si segnalano i Lngs / Infn, i laboratori del Cern, e il sostegno finanziario di Italia e Giappone con il contributo sostanziale di Belgio, Francia, Germania e Svizzera.»
sia della notizia:
«Il risultato di Opera è basato sull’osservazione di oltre 15000 eventi registrati dal rivelatore dei Laboratori dell’Infn e sembra indicare che i neutrini viaggino a una velocità di 20 parti per milione al di sopra della velocità della luce, il limite della velocità nel cosmo. Tenendo conto delle straordinarie conseguenze di questi dati, si rendono necessarie misure indipendenti prima di poter respingere o accettare con certezza questo risultato. Per questo motivo la collaborazione Opera ha deciso di sottoporre i risultati a un esame più ampio nella comunità. Lo studio della collaborazione è disponibile in forma di preprint su arxiv.org (http://arxiv.org/list/hep-ex/new)
- Questo risultato è una completa sorpresa -, ha detto il portavoce di Opera, il fisico italiano Antonio Ereditato dell’Università di Berna. – Dopo molti mesi di studi e di controlli incrociati, non abbiamo trovato nessun effetto dovuto alla strumentazione in grado di spiegare il risultato della misura. Continueremo i nostri studi e attendiamo misure indipendenti per valutare pienamente la natura di queste osservazioni-.
- Quando un esperimento si imbatte in un risultato apparentemente incredibile e non riesce a individuare un errore sistematico che abbia prodotto quella misura la procedura standard è sottoporlo a una più ampia indagine. Esattamente ciò che sta facendo la collaborazione Opera: è una corretta pratica scientifica -, ha commentato Il direttore di ricerca del Cern Sergio Bertolucci. – Se questa misura fosse confermata potrebbe cambiare la nostra visione della fisica ma dobbiamo essere sicuri che non esistano altre, più banali, spiegazioni. Ciò richiederà misure indipendenti-».
L’argomento “neutrini” si può approfondire direttamente sul sito dell’ esperimento Opera.
In classe ho anche ricordato la storia del neutrino, di come sia “nato” da una previsione teorica di Wolfgang Pauli e di come sia stato scoperto sperimentalmente vent’anni dopo (consiglio l’articolo di Antonio Sparzani su Nazione Indiana).
2) Qualche esercizio
Classica deformazione professionale… La seconda cosa che mi è venuta in mente è stata questo esercizio: “Se la velocità della luce è di 299 792,458 km/s, la distanza fra i laboratori di Ginevra e del Gran Sasso è di 732 km e sapendo che i neutrini arrivano prima dei fotoni di 60 ns, qual è la velocità dei neutrini? Se nei dati si sostituisce alla velocità della luce il valore approssimato di 300 000 km/s, cambia qualcosa?”. E siamo anche fortunati perché, di solito, in questo periodo stiamo proprio spiegando in cinematica, il concetto di velocità, con la sua ben nota formula che permetterà di risolvere il problema in maniera semplice e indolore. Ecco un bell’esempio di applicazione della formula della velocità a qualcosa di attuale (insieme ovviamente all’autovelox che ogni volta che viene pronunciato in classe sveglia chiunque dal torpore!). Il rischio è però che il numero che si ottiene non dia nessuna “scossa”, un po’ come nel calcolo della distanza sole – terra, sapendo che la luce del sole ci raggiunge solo dopo 8 minuti. Vabbè, si ottiene un numero enorme di km che non ci dice poi nulla. Allora lo faccio sempre confrontare con il diametro terrestre: “quante terre ci vorrebbero per arrivare fino al sole?” Allora sì che il numero ci impressiona forse un po’ di più. Oppure lo faccio confrontare con la lunghezza dell’Italia.
Nel caso della velocità dei neutrini, per far toccare con mano che cosa significano 60 ns in più o in meno, in termini di distanza percorsa, potremmo chiedere per esempio di quanto un neutrino distanzierebbe un fotone in una gara che prevedesse un secondo di corsa, cioè “dopo un secondo, quanta distanza in più percorre un neutrino rispetto a un fotone?”. E dopo due secondi? Così vediamo se è poi “così tanto più veloce” oppure no (ammesso che lo sia, ndr).
3) La teoria degli errori
Altra fortuna: seguendo il programma è arrivato il momento di affrontare la teoria degli errori. E in questo caso la fortuna è doppia, perché è proprio grazie a questa teoria che si basa l’attendibilità o meno di un risultato sperimentale. Ripetibilità e accuratezza. Tutto il mondo scientifico è con il fiato sospeso perché la velocità dei neutrini sarà misurata anche nei laboratori giapponesi e statunitensi.
A questo proposito conviene leggere l’intervista su La Stampa a Ereditato:
«Si tratta di un risultato così inaspettato che ci obbliga ad essere cauti. Ogni misura può essere alterata da due tipi di errori. In primis gli errori statistici, che possono derivare dalla scarsità dei casi esaminati: per questo abbiamo preso in considerazione un elevato numero di eventi, 15 mila, e continueremo a raccogliere i dati. Il secondo tipo di errore è sistematico e può essere dovuto a difetti delle strumentazioni. Ecco perché è necessario che le misure vengano ripetute altrove: esistono strumenti adatti sia negli Usa che in Giappone. [...] Le nostre stime dell’effetto combinato dell’errore statistico e di quello sistematico ci portano ad un margine di incertezza di 10 miliardesimi di secondo: anche nella peggiore delle ipotesi i neutrini avrebbero un netto vantaggio rispetto alla luce. Questo almeno risulta dall’analisi dei dati, che abbiamo svolto al meglio delle nostre competenze e tenendo conto degli effetti oggi conosciuti» Alla domanda “Dovevate conoscere in modo precisissimo sia la distanza fra il Cern e il Gran Sasso che il tempo di percorrenza. Come avete fatto?” lo scienziato inoltre risponde: «Ci siamo affidati a esperti di geodesia della Sapienza di Roma e di istituti svizzeri e tedeschi. Per misurare le distanze sono stati utilizzati dei Gps sofisticati, mentre per i tempi di percorrenza abbiamo adoperato degli orologi atomici sincronizzati».
Se gli altri laboratori otterranno un valore compatibile con quello ottenuto al Gran Sasso, la notizia acquisterà oggettività scientifica e verrà accettata come plausibile. In caso contrario, adieu!
Nel frattempo un buon esercizio può essere quello di applicare la propagazione degli errori alla velocità dei neutrini, a partire dai dati comunicati sulle incertezze di intervallo di tempo e distanza (ad esempio) dall’Infn:
«Abbiamo sincronizzato la misura dei tempi tra il Cern e il Gran Sasso con un’accuratezza al nanosecondo e abbiamo misurato la distanza tra i due siti con una precisione di 20 centimetri -, ha detto Dario Autiero il ricercatore del CNRS.[...] Nonostante che le nostre misure abbiano una bassa incertezza sistematica e un’elevata accuratezza statistica, e che la fiducia riposta nei nostri risultati sia alta, siamo in attesa di confrontarli con quelli provenienti da altri esperimenti-
In effetti i dati mostrati si riferiscono a misure relative a più di 15.000 eventi e le misure di sincronizzazione tra il momento della produzione del fascio di neutrini al Cern e quello della rilevazione nel rivelatore di Opera mostrano un errore (10 nanosecondi) ben al di sotto del tempo di anticipo osservato (i neutrini arrivano con 60 nanosecondi prima di quanto aspettato). […]L’anomalia riscontrata nella velocità del neutrino maggiore di 20 parti per milione rispetto alla velocità della luce, considerato il limite massimo di velocità, dovrà pertanto essere discussa e verificata dalla comunità scientifica».
Quale occasione migliore per sottolineare il potere e il valore della teoria degli errori?
4) Il metodo scientifico
Qui ci dobbiamo consultare anche con i nostri colleghi di filosofia, che ben sapranno integrare e interpretare questa vicenda alla luce del principio di falsificabilità delle teorie ecc ecc. A me interessa molto sottolineare l’aspetto di “sospensione del giudizio” su teorie ma anche su risultati sperimentali che spesso caratterizza la storia della scienza: insomma, bisogna aver pazienza, fa parte del metodo scientifico. E come lezione mi sembra possa bastare. Soprattutto dopo una bagarre giornalistica tutta italiana che altro non ha fatto che tratte conclusioni avventate, mentre la voce dei protagonisti scientifici, al Cern, diceva tutto il contrario, sentite qui (tanto per fare un po’ di “sperimentazione Clil”): «Despite the large significance of the measurement reported here and the stability of the analysis, the potentially great impact of the result motivates the continuation of our studies in order to investigate possible still unknown systematic effects that could explain the observed anomaly. We deliberately do not attempt any theoretical or phenomenological interpretation of the results».
Per capire quali potrebbero essere le conseguenze della scoperta, consiglio l’articolo del direttore de “Le Scienze“ Marco Cattaneo pubblicato oggi sul quotidiano “La Repubblica“, che ha come sottotitolo “Come cambierebbe la fisica se si andasse più veloce della luce”.
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