Caro Max, grazie della tue interessanti e argute domande. Rispondo
nell'ordine.
D1) Se non erro, ci sono diversi tipi di neutrini:
quale tipo è stato usato?
R1) Si hai ragione, ci sono tre tipi di
neutrini: i neutrini dell'elettrone, del muone e del tau, assieme alle loro
antiparticelle.
Approfitto per ricordare il significato del loro nome: sono i
neutrini che vengono prodotti in associazione a un elettrone, muone oppure
tau nelle cosiddette interazioni di Fermi - o interazioni deboli cariche. Ad
esempio, un pione positivo è una particella instabile che decade quasi
sempre emettendo un muone positivo e un neutrino muonico. L'esempio non è scelto a caso, in quanto i neutrini che vengono prodotti al CERN
vengono principalmente da pioni positivi: Insomma, il fascio è formato principalmente da neutrini (non antineutrini)
muonici.
D2) I neutrini sono particelle sfuggenti: come è
stato possibile generarne un fascio così direzionale?
R2) Come cercavo
di spiegare sopra, per produrre neutrini si passa attraverso la produzione di
altre particelle istabili, principalmente pioni. Questi a loro volta sono
prodotti da urti di protoni accelerati con altri nuclei, insomma da
particelle adroniche stabili, facilmente reperibili e accelerabili. I
protoni accelerati hanno energie cinetiche centinaia di volte più grandi
delle loro masse a riposo; sono "tutta energia" per così dire (o in un
linguaggio più formale viaggiano a velocità ultrarelativistiche). Un urto
di un protone di altissima energia con un bersaglio fisso produce molte
particelle, e quelle più
comuni sono proprio i pioni (che sono le particelle
con natura adronica più leggere). I pioni prodotti hanno energie cinque o sei
volte più basse, e i neutrini ancora più basse, una ventina di volte meno
dei protoni iniziali; ma, in ogni caso, tutte le particelle prodotte sono in
condizioni ultrarelativistiche. In particolare i neutrini, che
proseguono nella direzione iniziale del protone.
A farla corta, non è che si prendano dei neutrini, li si immagazzini e li si acceleri! Piuttosto
ci si mette in condizioni tali che i neutrini prodotti siano direzionali
(cioè, si producono fasci di pioni di grande energia che decadendo fanno
neutrini direzionali). Se vuoi, puoi pensare al congegno
"protone-pione-neutrino" come a una specie di razzo a più stadi.
D3) Alcuni ricercatori intervistati in TV hanno
parlato di una relazione tra questo esperimento e la possibilità (in un
futuro remoto) di avere un teletrasporto: il nesso non è molto
chiaro.
R3) Devo ammettere che il nesso non è chiaro neanche a me.
Quello che mi sento di dirti è che di certo sono colleghi con più
immaginazione del sottoscritto. Provo a tornare serio e a entrare nel
merito.
A me sembra che un'analogia più calzante sia quella con
l'esperimento di Marconi, che riceve delle onde radio prodotte
artificialmente con un'antenna da lui costruita. Cambia solo la natura delle
onde usate (i neutrini) e l'antenna (molto più grossa e molto ben schermata
dal massiccio del Gran Sasso).
Ancora, ci terrei a ricordarti le
motivazioni per cui questo esperimento è stato concepito, anche se immagino
che tu ne sia perlomeno in parte informato. Cinquanta anni fa Bruno
Pontecorvo suggerì che i neutrini prodotti di un certo tipo (diciamo,
muonico) potessero cambiare natura nel loro percorso fino al rivelatore
(diciamo, diventare neutrini tau). Nel corso dei 10 anni successivi, Bruno
Pontecorvo chiarì che questo fenomeno era associato all'esistenza di una
massa dei neutrini e che questo potesse manifestarsi in varie situazioni. Le
sue idee hanno già ricevuto conferma per i neutrini prodotti dal sole,
nell'atmosfera e in esperimenti simili a quello del CERN. Ma non è' mai
stato verificato che un nuovo tipo di neutrino apparisse, piuttosto che
diminisse il numero di neutrini attesi. L'esperimento del CERN si propone
invece proprio questo scopo: di vedere l'apparizione di un nuovo
neutrino.
Infine per precisione e dovere di cronaca, sottolineo che
l'esperimento a cui ti riferisci è appena iniziato e richiederà vari anni
per essere portato a termine. Tutto quello di cui ci siamo sincerati per
adesso è che la trasmissione dei neutrini dal CERN al Gran Sasso funziona
bene.
Ecco questo è quanto per le domande, ma vorrei
aggiungere ancora qualche parola. Comincio con una storiella. Un famoso
scienziato, a cui chiesero di spiegare il fenomeno delle trasformazione dei
neutrini in termini semplici, rispose in questo modo: "Immagina di portare il
tuo cane a fare una passeggiata. A metà della passeggiata, il cane si
trasforma in un gatto. Ecco, questa è una spiegazione in termini semplici".
Può lasciare sconcertati, ma questa risposta spiega che un fenomeno di
natura strettamente quantistica sfugge in una certa misura all'esperienza
comune e richiede delle spiegazioni un po` articolate.
Per ragioni
simili, non è facile spiegare che la massa del neutrino ha una importanza
cruciale nell'edificio della fisica delle particelle, e che forse è connessa
con fenomeni non ancora osservati quali il decadimento del protone o
addirittura con l'origine della materia intorno a noi. Ma queste difficoltà,
a mio vedere, non giustificano il rinunciare a provare a spiegare le cose
serie. Non dubito che nella trasmissione TV a cui fai riferimento abbiano
fatto del loro meglio, che sia possibile incorrere in equivoci, che come
detto sopra ci siano ricercatori con più fantasia altri con meno ecc., ma mi
sembra importante dare una informazione attinente ai fatti ogni qual volta
sia possibile, nella divulgazione scientifica più che altrove.
Per
concludere, ti faccio presente che esistono davvero esperimenti di fisica che
menzionano il termine 'teletrasporto', in inglese 'teleport', ma usano i
quanti di luce (fotoni), cioè particelle più facilmente manipolabili e
rivelabili dei neutrini. Vedremo se il futuro ci riserva scenari da Star Trek
e nel frattempo ti saluto come Mr. Spock: "Live long and prosper!"