I neutrini piu’ veloci della luce e la teoria della relativita’: la spiegazione di Extrabyte



neutrini tunnel gelmini

E’ di questi giorni l’incredibile scoperta durante un esperimento condotto tra il CERN e i laboratori del Gran Sasso.

Sì, mi riferisco a quell’esperimento dei neutrini, le particelle superluminali che poi sono sono divenuti oggetto di grande discussione e di scherno in Twitter dopo la gaffe del ministro Gelmini, che ha parlato di un tunnel lunghissimo dove viaggerebbero, appunto, i neutrini.

Tornando un po’ più seri, l’esperimento sembrerebbe mettere in discussione la teoria della relatività ristretta di Einstein, secondo la quale  nessuna particella può superare la velocità c della luce nel vuoto.

Ho chiesto ad un esperto di matematica e fisica, Marcello Colozzo, che sul web è il blogger Extrabyte, di spiegarci quali sono le conseguenze di tale esperimento dei neutrini.

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Disegniamo un asse su cui riportiamo i valori delle velocità v. Si parte da 0 e si arriva all’infinito. E fino qui è OK.

Poi andiamo a vedere il valore v=c, essendo c la velocità della luce nel vuoto (circa 300000 km/s). Tracciamo una retta perpendicolare all’asse delle velocità e passante per il punto individuato da v=c.

Questa retta è una sorta di “spartiacque”: alla sua sinistra troviamo tutte le particelle subluminali, cioè che si spostano a velocità minori di quelle della luce. Questo è il NOSTRO MONDO.

A destra troviamo, invece, le particelle superluminali poichè hanno velocità maggiore di c. Questo è un ALTRO MONDO (vedi più avanti).

E nello spartiacque cosa c’è? Ci sono i fotoni, ovvero la LUCE. Infatti, una qualunque particella per viaggiare alla velocità della luce deve avere massa nulla (cioè non deve essere fatta di materia). E le uniche particelle prive di massa sono i FOTONI, ovvero le particelle che compongono la luce.
(N.B. Un tempo si pensava ai neutrini come particelle di massa nulla, ma poi gli esperimenti hanno smentito ciò: i neutrini hanno una massa piccolissima, ma comunque finita).

Le equazioni della relatività ristretta ci dicono che nessuna particella subluminale di massa m può accelerare a velocità maggiori o uguali a quella della luce.

Le stesse equazioni (con la sostituzione m->i*m) ci dicono che le particelle superluminali non possono decelerare a velocità inferiori a c.

 


Qualcuno dice che OPERA (nome dato ad un rivelatore di neutrini costruito presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso, ndr) non smentisce la relatività, poichè quest’ultima postula l’esistenza di una velocità limite non necessariamente pari a quella della luce nel vuoto. Quindi, questa velocità limite sarebbe quella dei neutrini. Ma ciò è concettualmente sbagliato poichè per definizione la max velocità è la massima velocità di propagazione delle interazioni e questa può essere raggiunta solo da particelle di massa nulla. E le uniche particelle di massa nulla previste dal modello standard sono appunti i fotoni. Quindi la massima velocità non è quella dei neutrini. Ma anche se fosse una velocità maggiore, dovrebbero esistere delle particelle senza massa che non sono previste dal modello standard. E poi con i fotoni come la mettiamo? Se hanno massa nulla dovrebbero viaggiare alla nuova velocità limite, cosa che non è.

OPERA non smentisce la relatività solo se contempliamo particelle superluminali come appunto i neutrini. Attraverso un opportuno modello quanto-meccanico si può poi giustificare la violazione della parità dei neutrini e lo spin. Una conseguenza interessante è che il neutrino “vive” in una sovrapposizione lineare di due stati: uno su perluminale,l’altro subluminale e in ciò emula il gatto di schrödinger a scala submicroscopica. È come SE ESISTESSERO DUE MONDI (vedi sopra) o meglio, DUE UNIVERSI.

Ma i problemi sono altri.

Le particelle superluminali violano il principio di causalità: si verifica prima l’effetto e poi la causa. Inoltre, permettono viaggi nel passato innescando un paradosso di incoerenza noto come “paradosso del nonno”. Quest’ultimo è risolvibile nel paradigma della relatività generale, utilizzando il principio di auto-consistenza di Novikov (che però prevede l’esistenza di universi paralleli, e questo potrebbe essere un ulteriore problema). Sfortunatamente, a tutt’oggi, non esiste un principio di auto-consistenza che possa essere esteso alla teoria quantistica dei campi.

 

Ma quali sono gli effetti di questa scoperta? Si potrà trasportare materia (macroscopica) un giorno ad una velocità superiore a quella della luce?

Non ci sono effetti immediati di questa scoperta – continua Extrabyte –per ora ci servirà per comprendere la struttura dell’universo (e questo mi sembra già molto). Ad esempio, i neutrini svolgono un ruolo importante per capire i processi che avvengono in una stella.

Per quanto riguarda il trasporto di materia a velocità maggiore della luce, diciamo che per ora è pura fantascienza.

 

Per approfondire, ecco il link ad un articolo dedicato alla scoperta dei neutrini più veloci della luce, sul suo blog:

http://www.extrabyte.info/2011/09/25/neutrini-velocita-luce-einstein/

 

[foto inizio articolo: il tunnel Gelmini in una foto di satira circolante su facebook)

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