Questa domanda è particolarmente difficile, perché è complicato avere una visione chiara e non ambigua di fisica così recente, ed anche averne semplice conoscenza... La domanda sembra posta da un esperto (diciamo un fisico): in tal caso gli consiglieremmo semplicemente di consultare al riguardo, in rete, il motore di ricerca "Scholar Google", imme diatamente rintracciabile presso "Google";o anche l'archivio elettronico esistente presso i Los Alamos National Laboratories, ove i fisici sogliono collocare i loro risultati in forma di preprint (prima della pubblicazione vera e propria), ovvero: www.arXiv.org, di cui esiste un'immagine presso la stessa SISSA di Trieste.

Se invece il richiedente è un "laico", allora terremo presente i probabili interessi dei non specialisti: fornendo una breve panoramica degli "esperimenti superluminali" che sono stati condotti a termine, e hanno attirato l'attenzione degli interessati, fin dal 1992... Tra parentesi, se la domanda riguardasse i risultati teorici, allora potremmo, sì, rispondere: perché anche in anni recentissimi abbondano lavori teorici, numerosi dei quali sono molto chiari, in quanto basati solo sulle equazioni delle onde o sulle equazioni di Maxwell, nel caso classico, o sulla equazione di Schroe dinger, nel caso quantistico: tutte equazioni "standard", benché le nuove soluzioni fossero inaspettate. Invece, ripetiamo, i recenti esperimenti (ad esempio da parte di Russi, sul tunnelling di neutroni, o sugli effetti di scariche elettriche intensissime in gas rarefatti e altri materiali) sono ignoti ai più - benché potenzialmente interessantissimi - e, quando noti, presi per ora in scarsa considerazione.

I settori in cui si parla di moti superluminali sono almeno quattro; li citeremo in ordine di importanza crescente, avvertendo che soltanto i risultati degli ultimi due settori - il terzo e il quarto - vengono accettati come reali dalla maggior parte degli scienziati competenti (a parte alcune questioni di interpretazione).

Neutrini - In primo luogo, una serie di esperimenti cominciati nel 1971, sembra indicare che il quadrato del quadrimomento (chiamato erroneamente il quadrato della massa a riposo) dei neutrini muonici, e più recentemente anche dei neutrini elettronici, sia negativo; il che se confermato vorrebbe dire che (usando il linguaggio naif di cui sopra) tali neutrini hanno "massa immaginaria" e sono quindi superluminali, o "tachionici". Pochissimi dei colleghi, però, vi credono: e gli esperimenti con fasci di neutrini che vanno dal Cern al Gran Sasso non sono in grado di verificarlo direttamente. C'è chi, però, ha bisogno dell'ipotesi che i neutrini siano tachionici per spiegare i flussi di neutrini provenienti dalla supernova 1987A rivelati nei laboratori del Monte Bianco (Italia) e di Kamiokande (Giappone).

Micro-quasar galattici - In secondo luogo, altre osservazioni sperimentali - questa volta astrofisiche - avevano rivelato, sempre a partire dal 1971, la presenza di oggetti molto veloci espulsi dal nocciolo di vari quasar; e tali velocità risultavano apparentemente superluminali, per lo meno se i quasar sono davvero molto distanti da noi, come normalmente ritenuto. Negli ultimi anni sono state scoperte delle apparenti espansioni superluminali all'interno di corpi (chiamati provvisoriamente micro-quasar) appartenenti alla nostra Galassia: e in questo caso le incertezze sulle loro distanze sono di poco conto. È d'obbligo ricordare però che per queste osservazioni astronomiche esistono interpretazioni ortodosse, le quali sono accettate dalla maggior parte degli astrofisici. Qui menzioniamo soltanto che semplici considerazioni geometriche spaziali indicano che una singola sorgente superluminale - di luce verrebbe osservata: (a) inizialmente, nella fase di "bangottico" (analogo al "bang" acustico prodotto da un aereo che viaggi con velocità supersonica costante), come una sorgente intensa che appare all'improvviso; e che (b) in seguito appare scindersi in DUE oggetti che si allontanano l'uno dall'altro con velocita` V > 2c.

Passiamo ora ai due argomenti in cui ci sono risultati superluminali incontrovertibili - a parte eventualmente la loro interpretazione - e accettati da tutti gli esperti dei due settori.

Onde evanescenti e "tunnelling photons" - In terzo luogo, nell'ambito della meccanica quantistica (e precisamente nei fenomeni di "tunnelling") era stato calcolato che il tempo impiegato da un"pacchetto d'onde" nell'attraversare una barriera quantistica - valutato o come semplice "phase time", o, meglio, valutato analizzando l'evoluzione dei pacchetti d'onda - non dipende dalla lunghezza della barriera per barriere opache (effetto Hartman): il che implica velocità (di gruppo) V superluminali e arbitrariamente grandi all'interno di barriere sufficientemente lunghe. Esperimenti che possano verificare questa previsione con particelle elementari sono difficili (anche se ne esistono di recenti, con neutroni). Per fortuna l'equazione di Schroe dinger, che regola il comportamento di una particella - un elettrone, diciamo - in presenza di una barriera di potenziale quantistica, è matematicamente identica all'equazione di Helmoholtz, alla quale obbe disce un'onda elettromagnetica che si propaghi ad esempio in una guida d'onda metallica disposta lungo l'asse x: e una barriera quantistica di altezza U maggiore dell'energia E dell'elettrone corrisponde a un restringimento della guida d'onda, ovvero a un segmento di guida con larghezza trasversale inferiore a un certo valore critico. Un tratto di guida "sottodimensionata"si comporta quindi come una barriera per l'onda (photonic barrier); ricordiamo che l'onda all'interno di tale "barriera classica" diviene un'onda detta "evanescente". Quindi, un esperimento di tunnelling può essere simulato ricorrendo a onde evanescenti (per le quali si può generalizzare il concetto di velocità di gruppo); e che le onde evanescenti viaggino con velocità superluminali è stato effettivamente verificato in una serie di famosi esperimenti. Più precisamente, vari esperimenti -- effettuati dal 1992 in poi da G.Nimtz a Colonia, dal gruppo di R.Chiao e A.Steinberg a Berkeley, da A.Ranfagni e colleghi a Firenze, e da altri a Vienna, Orsay, Rennes ecc. - hanno verificato che i "fotoni tunnellanti" viaggiano con velocità di gruppo superluminali. Questi esperimenti hanno avuto a loro tempo vasta risonanza, anche tra la stampa non specializzata, avendone parlato con e ditoriali e articoli riviste come Nature, New Scientist, Scientific American, e perfino Newsweek. Aggiungiamo che dalla stessa relatività (estesa) si sapeva che le onde evanescenti dovevano possedere velocità maggiori di c: come da noi confermato perfino con simulazioni numeriche basate sulle sole equazioni (di Maxwell) dell'elettromagnetismo classico; il tutto appare quindi autoconsistente. Le discussioni più vive al riguardo si riferiscono non ai risultati sperimentali, ma alla questione SE essi permettano o no l'invio di segnali o di informazione a velocità superluminale...

Gli esperimenti di gran lunga più interessanti nel presente contesto son quelli effettuati con due o più barriere classiche (ad esempio, con due tratti di guida d'onda sottodimensionata separati da un tratto di guida normale: per onde entro opportune bande di frequenza - cioè` per "tunnelling fuori risonanza" -, si verificò che il tempo di attraversamento del sistema di guide non dipende dalla lunghezza della guida (normale) interme dia: ovvero che lungo di essa la velocità è infinita. Ciò concorda con le previsioni della Meccanica Quantistica, messe da noi in evidenza, per il tunnelling non risonante attraverso due successive barriere opache. Un importante nuovo esperimento, che ha confermato tutto quanto sopra, è stato da noi effettuato nel 2002 presso il Politecnico di Milano, usando come guida una fibra ottica e come barriere classiche dei "gratings".

Tralasciamo qui vari ulteriori, differenti esperimenti; nonché la rimarchevole questione che la relatività (estesa) prevede anche il fatto che si può perfino incappare in contributi negativi ai tempi di tunnelling: senza che ciò debba essere considerato come qualcosa di non fisico. Ciò era stato in effetti già verificato in anni lontani, senza che la cosa fosse sufficientemente notata, neppure da noi.

Soluzioni "localizzate", superluminali e no, delle equazioni d'onda: e "X-shaped waves" e le "Frozen Waves" - Il quarto settore è il più ricco in risultati teorici e sperimentali. Esso è ridiventato attuale da quando si è riscoperto che qualsiasi equazione d'onda - per fissare le idee, pensiamo al caso elettromagnetico - ammette come soluzioni anche impulsi tanto sub- quanto super-luminali (oltre alle solite onde piane, o sferiche, aventi in un generico mezzo materiale velocità c/n).

Una caratteristica notevole di queste nuove soluzioni è che esse si dislocano rigidamente, quali impulsi non-dispersivi (i matematici parlarono di "undistorted progressive waves"), con energia concentrata intorno a un vertice che viaggia lungo una unica direzione. È facile comprendere l'interesse pratico, per esempio, di una trasmissione radio effettuata me diante configurazioni ondose localizzate, indipendentemente dal fatto che esse siano sub- o super-luminali (il termine inglese "localizzate" andrebbe tradotto in verità con la parola "confinate"). Ma i pacchetti d'onda non dispersivi possono essere molto utili anche in fisica teorica per una ragionevole rappresentazione delle particelle fondamentali, nel campo delle onde gravitazionali "linearizzate", in geofisica, in meccanica e acustica, e così via. Essi hanno l'ulteriore proprietà di riformarsi dopo ostacoli aventi dimensioni dell'ordine (non della loro lunghezza d'onda) ma del diametro dell'antenna che li genera; e di potere essere focalizzati in un punto a un certo istante; e di potere essere prodotti anche in guide d'onda (normali); e così via.

Nell'ambito della relatività estesa si era trovato fin dal 1980 che - mentre l'oggetto subluminale più semplice che possa essere concepito è una sferetta, o al limite un punto - l'oggetto superluminale più semplice risulta invece essere un'onda a forma di X, o al limite un doppio cono, che per di più in un mezzo omogeneo si propaga rigidamente. Invero, le più interessanti (e studiate) soluzioni localizzate sono risultate proprio superluminali e con una forma di quel tipo. Anzi, dato che dalle equazioni (vettoriali) di Maxwell sotto semplici condizioni si passa a equazioni d'onda scalari, ci si può aspettare che le stesse soluzioni si incontrino per esempio - già lo si diceva - nel campo dell'acustica. In effetti, esse (che sono sempre ottenute come opportune sovrapposizioni non di banali fasci gaussiani ma dei cosiddetti "Bessel beams", dalle proprietà molto più utili e interessanti) furono costruite, matematicamente e sperimentalmente, per la prima volta in acustica: nel qual caso le onde "a forma di X" sono ovviamente super-soniche e non super-luminali.

Le onde "a forma di X" sono state concretamente prodotte in esperimenti tanto con onde acustiche quanto con onde elettromagnetiche: come dicevamo, sono stati cioè prodotti"X-pulses" che, nel mezzo considerato, viaggiano indeformati a velocità maggiori di quella del suono nel mezzo, nel primo caso, e della luce, nel secondo caso. Nel caso elettromagnetico, certamente più"intriguing", queste superluminal localized X-shaped solutions, costruite dapprima matematicamente, furono successivamente prodotte da Saari et al. nel 1997 a Tartu con luce visibile, e successivamente da Mugnai, Ranfagni e Ruggeri a Firenze con microonde.

Non possiamo qui toccare il problema della produzione di un'onda subluminale, o superluminale "a forma di X", me diante antenne realistiche, finite (troncate, ovviamente, nello spazio e nel tempo,me diante l'uso di un'antenna dinamica finita che irraggi per un tempo limitato), e delle interessanti proprieta` possedute da tali soluzioni a energia finita. Potremmo facilmente convincerci, poi, della possibilità fisica - del tutto ortodossa - di realizzare quelle a velocità di gruppo superluminale, pensando al caso analogo di un aeroplano che si muova nell'aria a velocità supersonica costante; ma lo spazio è tiranno... Commentiamo solo che queste onde localizzate superluminali appaiono mantenere le loro buone proprieta` solo lungo una certa "profondità di campo", ovvero finché vengono alimentate dalle onde provenienti (con velocità c) dall'antenna dinamica. Tenendo conto del tempo occorrente per la loro generazione, queste particolari onde sembrano quindi incapaci di trasmettere informazione a velocità superluminale; PERO`, lungo la loro profondità di campo, esse sono caratterizzate da un "blob" di energia, concentrato quanto si vuole intorno al loro vertice, che viaggia a velocità iper-c (così che a priori possono fare scattare due rivelatori distanti L con un intervallo temporale INFERIORE a L/c.

Tra parentesi, l'esistenza di tutte queste onde superluminali (o super-soniche) a forma “a X” sembra costituire al momento - insieme, ad esempio, con la superluminalità delle onde evanescenti - una delle migliori verifiche della relatività Estesa. È curioso che la prima applicazione di queste onde "a X" (che sfrutta la loro propagazione senza deformazione) la si è avuta nel campo me dico, e precisamente nel campo dell'ecografia.

Non possiamo chiudere senza menzionare il fatto che, sempre con ingegnose sovrapposizioni di fasci di Bessel), si sono ottenute onde non soltanto sub-luminali, ma addirittura statiche (con "envelope"fermo, e della forma e posizione voluta). In letteratura si e` mostrato che l'impulso stazionario può avere l'intensità desiderata entro la regione, anche piccolissima,prescelta, mentre fuori di essa l'intensità può` scendere anche a un milionesimo del valore di picco. È palese il possibile uso di tali "Frozen Waves" (come sono state chiamate da Michel Z.Rached et al.) non solo per creare nuovi tipi di pinze ottiche, o di bisturi ultrasonici o elettromagnetici od ottici, e così via, ma anche per distruggere cellule tumorali - oltre a frantumare calcoli renali, ecc.: per esempio, con onde ultrasoniche - senza danneggiare i tessuti anteriori e posteriori. Detto campo "statico" può essere generato non solo in una regione minuscola, ma anche (pensiamo ora al caso elettromagnetico) lungo un anello, o lungo una superficie cilindrica: che costituirebbe una guida d'onda costituita da "luce ferma".