Superata la velocità della luce?

In un momento storico in cui la Fisica delle particelle sta muovendosi disperatamente verso la ricerca sperimentale del Bosone di Higgs (la famosa "particella di Dio"), ecco che dai laboratori del CERN e del Gran Sasso arriva una notizia sconvolgente: la velocità della luce è stata superata. Un fascio di neutrini provenienti dal CERN ha raggiunto la sua destinazione nei laboratori del Gran Sasso a una velocità maggiore di quella della luce. Se la scoperta venisse riprodotta in esperimenti successivi, sarebbe una delle più clamorose della Fisica degli ultimi anni.

Facciamo un passo indietro e indaghiamo su questo avvenimento. Cominciamo dal colpevole: i neutrini. Che cosa sono? Sono particelle leggerissime e molto difficili da studiare poiché estremamente riluttanti a interagire con la materia, tanto da riuscire ad attraversare muri anche molto spessi di piombo o roccia senza praticamente alterare la loro traiettoria o velocità. A causa della loro "neutralità" nei confronti della materia, il fisico italiano e premio Nobel per la Fisica Enrico Fermi le chiamò appunto neutrini.

Osservare i neutrini in laboratorio è una vera e propria sfida. Tra le interazioni presenti in natura, essi prediligono l'interazione più difficile di tutte da misurare: l'interazione debole. Al giorno d'oggi è possibile rilevare con estrema precisione quando un neutrino interagisce debolmente con la materia, ma per farlo è necessario schermare il proprio apparato di misura da qualsiasi sorgente esterna di particelle, che sarebbe soltanto una scomoda interferenza. Una sorgente naturale è costituita per esempio dai raggi cosmici, fasci di particelle molto energetiche che arrivano dallo spazio e raggiungono senza troppi problemi la crosta terrestre e qualsiasi rivelatore in laboratorio.

La necessità di uno schermo efficace per compiere misure di precisione ha portato alla costruzione dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso. Situati nel sottosuolo dell'omonimo massiccio appenninico, sono separati dal cielo aperto da ben 1.400 metri di solida roccia, uno schermo naturale perfetto. Tali condizioni permettono uno studio molto preciso dei fenomeni legati ai neutrini. Uno di questi fenomeni riguarda le cosiddette oscillazioni di neutrino. Di neutrini, infatti, non ne esiste un tipo solo, bensì tre tipi diversi. Il fenomeno di oscillazione, predetto dal fisico italiano Bruno Pontecorvo, prevede che un neutrino di un certo tipo possa trasformarsi spontaneamente in un neutrino di un altro. Tale fenomeno viene attualmente studiato nell''esperimento OPERA nell'ambito del programma scientifico CNGS (Cern Neutrino to Gran Sasso) in cui un fascio di neutrini viene prodotto nell'acceleratore di particelle SPS del CERN, il centro di ricerche internazionale al confine tra Francia e Svizzera, e viene direzionato verso i laboratori del Gran Sasso. I 730 km di roccia che separano il CERN dal Gran Sasso bloccano qualsiasi particella di passaggio, mentre i neutrini li percorrono praticamente indisturbati fino a destinazione, dove con opportuni rivelatori è possibile tracciarne l'arrivo. E' proprio nei laboratori del Gran Sasso che è stata svolta la prima misura diretta del fenomeno dell'oscillazione dei neutrini, dando ragione a Pontecorvo e permettendo di porre un nuovo tassello nel puzzle di questa alquanto timida particella.

Ma un giorno come tanti, senza alcun preavviso, accadde qualcosa di incomprensibile. Calcolando il tempo e la traiettoria percorsa da un particolare fascio di neutrini, risultò che essi dovevano necessariamente aver viaggiato più veloci della luce. Un fatto fisicamente ritenuto impossibile.

Ma perché l'evidenza sperimentale di un corpo che supera la velocità della luce è così sconvolgente per i ricercatori? Per capirlo è necessario fare un ulteriore passo indietro ed entrare nel mondo della teoria della relatività ristretta di Einstein. Il punto fondamentale di questa teoria è che la velocità di un raggio di luce nel vuoto dev'essere la stessa indipendentemente se lo si osserva da fermi o in movimento. Ciò comporta che i concetti di spazio e tempo diventano dipendenti dal sistema di riferimento che si usa; in altre parole, diventano relativi. Conferme sperimentali alla teoria della relatività si sono succedute copiosamente nel corso degli anni, convincendo i Fisici della sua validità.

Ma la teoria di Einstein ci dice di più. Qualsiasi segnale e qualsiasi oggetto provvisto di massa devono muoversi obbligatoriamente a una velocità inferiore a quella della luce. Una particella provvista di massa non può quindi superare questa velocità.

Esperimenti condotti sui neutrini e l'evidenza sperimentale del fenomeno dell'oscillazione suggeriscono che essi sono provvisti di massa, seppur molto piccola in confronto a quella delle altre particelle. Di conseguenza, anche per i neutrini deve valere la regola che la velocità del moto dev'essere sempre minore della velocità della luce. L'esperimento condotto al Gran Sasso sembra però smentire questo postulato della teoria.

Il panorama è però più complicato di quanto possa sembrare. Nella teoria della relatività, l'insuperabilità della velocità della luce è intimamente legata al fatto che la causa di un evento deve avvenire necessariamente prima dell'effetto che essa produce, indipendentemente dal sistema di riferimento in cui ci si trovi. Questo concetto prende il nome di causalità ed è alla base della Fisica di oggi. Nonostante possa sembrare banale che la causa preceda l'effetto, ciò potrebbe cambiare radicalmente se si potesse superare la velocità della luce. In tal caso, in certi sistemi di riferimento l'effetto potrebbe precedere la causa, quasi come se il tempo scorresse all'indietro, violando la causalità.

La Fisica teorica ha già preso in considerazione la possibilità che esistano particelle in grado di viaggiare a velocità superluminali, i cosiddetti tachioni, mai rilevati sperimentalmente e quindi tuttora relegati a una mera formulazione matematica. Mai si sarebbe pensato che i neutrini potessero fare lo stesso.

Per il momento i Fisici sono molto cauti nell'accogliere una notizia così clamorosa. Per poter affermare di aver compiuto una scoperta, è necessario che l'esperimento sia riproducibile e che i risultati siano congruenti con quelli già ottenuti. Insomma, è ancora presto per cambiare vittoria.

Ma cosa cambierebbe nel nostro modo di vedere il mondo se si scoprisse che la velocità della luce, finora considerata un muro invalicabile, possa essere realmente superata? All'alba di quella che potrebbe essere una nuova, sensazionale scoperta della Fisica, le risposte sembrano paradossalmente essere meno numerose delle domande. Si potrà davvero viaggiare nel passato o nel futuro? E il teletrasporto, la trasmissione di materia a velocità praticamente infinita, potrebbe diventare una realtà? E i famosi wormhole, i tunnel spazio-temporali che, secondo alcune teorie, potrebbero fare da ponte tra due punti molto lontani dello spazio-tempo permettendo di coprire distante intergalattiche a velocità incredibili, assumono oggi una nuova concezione nell'immaginario scientifico mondiale?

È troppo presto per dare risposte a queste domande, così come è troppo presto per rivoluzionare la Fisica moderna. Una cosa è certa, però: se davvero i dati raccolti si riveleranno esatti, sarebbe la prova che l'appassionante avventura della scienza è ben lungi dall'essere terminata.