Anatomia di un esperimento

Riportiamo lo statement di Opera in merito al sorprendente risultato dell'esperimento sul tempo di volo dei neutrini, apparentemente più veloci della luce di circa 60 nanosecondi sul percorso Cern-Laboratori Gran Sasso.

La Collaborazione OPERA ha appena completato un'analisi complessa e accurata dei dati degli ultimi tre anni di attività presso il laboratorio sotterraneo del Gran Sasso dell'INFN, a 730 km di distanza dalla sorgente del fascio di neutrini muonici CNGS (Cern Neutrino to Gran Sasso) prodotta dal Super Proton Synchrotron del CERN. Lo studio è stato effettuato per misurare con una precisione senza precedenti la velocità di neutrini CNGS che, inviati dal CERN, raggiungono il rivelatore OPERA al Gran Sasso, dopo un tempo di percorrenza approssimativo di 2,4 millisecondi.

Il risultato sorprendente, che è arrivato del tutto inatteso per i ricercatori di OPERA, è che più di 15 mila neutrini rilevati dagli apparecchi presentano una piccola anche se significativa differenza rispetto alla velocità prevista: i neutrini CNGS raggiungono OPERA circa 60 nanosecondi prima del tempo che sarebbe necessario alla luce per percorrere la stessa distanza. I dati quindi indicano che la velocità del neutrino è superiore alla velocità della luce di circa 20 parti per milione.

Per compiere questo studio, la Collaborazione internazionale, insieme a esperti provenienti dal CERN e da istituzioni della metrologia (tra questi esperti dei Laboratori del Gran Sasso), ha eseguito una serie di misurazioni di alta precisione della distanza e del tempo di volo dei neutrini. La distanza tra l'origine del fascio di neutrini e il rivelatore OPERA è stata misurata con un'incertezza di 20 cm su un percorso di 730 km. Il tempo di volo dei neutrini è stato determinato con una precisione di meno di 10 nanosecondi, utilizzando sofisticati strumenti tra cui sistemi GPS avanzati e orologi atomici. Anche il tempo di risposta di tutti gli elementi della linea di fascio CNGS e del rivelatore OPERA è stato misurato con grande precisione. Questo ha permesso di mantenere gli errori sistematici della misura della velocità ad un livello molto basso.

Il risultato è troppo sorprendente e il potenziale impatto sulla scienza troppo grande per poter trarre conclusioni immediate o tentare interpretazioni di fisica. I ricercatori di OPERA e tutta la comunità dei fisici delle particelle dovrà condurre ulteriori studi con l'obiettivo di confermare il risultato e indagare la natura degli effetti osservati.

L'esperimento OPERA è stato inaugurato nel 2006, con l'obiettivo principale di studiare la rara trasformazione (oscillazione) dei neutrini muonici del fascio CNGS 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 di 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.

La Collaborazione OPERA include attualmente circa 160 ricercatori di 30 istituzioni e 11 Paesi: IIHE-ULB Bruxelles, Belgio, IRB Zagabria, Croazia, LAPP Annecy, Francia, IPNL Lione, Francia, IPHC Strasburgo, Francia, Amburgo, Germania; Technion di Haifa, Israele; INFN e Università di Bari, Bologna; LNF L'Aquila; LNGS Napoli, Padova, Roma, Salerno; Aichi, Giappone; Toho, Giappone; Kobe, Giappone; Nagoya, Giappone