Il CERN manda pacchetti di neutrini molto più corti verso OPERA

Uno degli aspetti più criticati (anche dal sottoscritto) nella misura della velocità dei neutrini che dal CERN raggiungerebbero l'esperimento OPERA al gran sasso con velocità superiore a quella della luce, è il modo con cui il tempo di percorrenza della distanza tra Ginevra e il Gran Sasso viene misurato.

Come vi ho raccontato recentemente, i neutrini muonici del fascio CNGS vengono prodotti a partire da un fascio di protoni. Siccome i neutrini interagiscono poco o niente, per avere una qualche chance di osservarne abbastanza tanto da poter vederne qualcuno mutare da neutrino muonico a neutrino del tau, è necessario spedirne verso OPERA una quantità industriale. Questa è la ragione principale per cui i protoni con cui il fascio di neutrini viene prodotto sono estratti dall'acceleratore in pacchettoni belli densi, per un tempo di estrazione lungo poco più di 10 microsecondi. L'idea è eccellente se si vogliono produrre tanti neutrini, ma è meno efficace se invece si ne vuole misurare il tempo di volo. D'altronde questa misura non era tra gli scopi di OPERA, e dunque le cose sono state a suo tempo ottimizzate diversamente.

Il problema della misura temporale fatta per un fascio di neutrini che fuoriesce in modo più o meno continuo per 10 microsecondi è che il tempo viene misurato in modo collettivo, adattando alla distribuzione temporale dei neutrini arrivati a OPERA quella dei protoni sparati sul bersagli al CERN. La procedura di per se è prona a possibili errori, da una parte perché non c'è una garanzia assoluta che le strutture tipiche dell'estrazione di protoni siano riprodotte in quelle dei neutrini misurati da OPERA (che sono molti meno dei neutrini generati al CERN), dall'altra perché una minima imprecisione nel trattamento dei fronti di salita e discesa e delle strutture della distribuzione di protoni al CERN e neutrini al Gran Sasso potrebbe introdurre errori non da poco.

Ci sarebbe una soluzione a questo problema: generare un fascio di protoni con estrazioni molto più corte dei 10 microsecondi inizialmente previsti, sufficientemente corte da essere molto inferiori alla differenza temporale di 60 ns rispetto ai tempi di percorrenza corrispondenti alla velocità della luce che OPERA sostiene di aver misurato. È quello che il CERN ha deciso di fare a partire dal 21 ottobre, modificando le modalità di estrazione del fascio che genera i neutrini spediti verso il Gran Sasso in modo che le estrazioni durino soltanto 2 nanosecondi. Da circa due settimane il fascio CNGS manda dunque neutrini in pacchetti temporalmente molto "corti", intervallati tra di loro da 500 ns. Ogni pacchetto di protoni iniziale contiene solo 2.5 x 1011 protoni, molto meno dei 4 x 1013 protoni dei pacchetti lunghi 10.5 microsecondi previsti dalla configurazioni nominale. Molti neutrini in partenza in meno vogliono dire ancora meno neutrini visti da OPERA. In questo caso però lo scopo non è più osservare una rara oscillazione di un neutrino muonico in neutrino del tau, quanto dissipare ogni dubbio sollevato sulla misura del tempo di percorrenza. Per farlo, la rivelazione sotto il Gran Sasso anche solo di poche decine di questi neutrini spediti in pacchettini corti e rapidi dovrebbe essere sufficiente a una misura temporale abbastanza accurata.

Questo tipo di configurazione del fascio CNGS continuerà a funzionare fino a domani, lunedì 7 novembre. Dopodiché è previsto uno stop tecnico fino all'11, e, si spera, già qualche risultato preliminare dell'analisi di questi ultimi dati. Tenete dunque le orecchie dritte, la questione della misura della velocità dei neutrini da parte di OPERA potrebbe venire risolta - in un senso o nell'altro - molto presto. Anche se, nel caso la prima misura venisse confermata, aspetteremmo comunque una misura indipendente prima di dichiarare la questione chiusa: usando lo stesso rivelatore per questa seconda misura, nessuno potrebbe essere sicuro che non ci sia un problema annidato da un'altra parte.

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18 Commenti

  1. Samuel
    Pubblicato il 6 novembre 2011 alle 16:02 | Permalink

    "[...] è il modo con CUI il tempo di percorrenza della distanza tra Ginevra e il Gran Sasso viene misurato."

  2. Marco B
    Pubblicato il 6 novembre 2011 alle 16:09 | Permalink

    Grazie Marco per l'update. Staremo con le orecchie dritte 🙂 e vediamo che capita. Rocordo solo che 2 ns vuol dire pacchetti lunghi circa 60 cm.
    Sai mica quanti eventi si attendono in questa fase?

  3. Pubblicato il 6 novembre 2011 alle 16:12 | Permalink

    Oooops... 🙂

  4. Claudio E
    Pubblicato il 7 novembre 2011 alle 10:23 | Permalink

    Uhm... perchè non hanno modificato le modalità di estrazione e rifatto i calcoli prima di pubblicare l'articolo? Boh, mi suona strano questo test a posteriori, come se non ci fosse coordinazione tra CERN e OPERA...

  5. Mattia
    Pubblicato il 7 novembre 2011 alle 10:23 | Permalink

    Ciao Marco, ma i neutrini verranno "lanciati" anche durante i lavori di ALICE o è una prerogativa solo di ATLAS? Come mai dopo un inizio alla grande di alice (Protoni iniettati alle 17,00 e alle 2,00 già il primo scontro) adesso è tutto fermo, almeno da quanto (magari sbagliato) ho desunto dalla pagina OP visitars?

    Ti ripropongo anche una domanda che magari ti è sfuggita sull'altro post,
    Che dati prendete voi di ATLAS dalle collisioni di ioni pesanti? sono anch'essi allo scopo di ricercare Higgs?

    Grazie e stai pur certo che terremo le orecchie DRITTISSIME! 🙂

  6. Pubblicato il 7 novembre 2011 alle 10:45 | Permalink

    @Claudio: io e parecchi colleghi condividiamo la stessa perplessità. Temo una certa frizione tra INFN (più aggressivo verso il pubblicare subito un risultato giudicato già abbastanza solido, e ansioso di mettere il cappello sopra la scoperta del secolo) e CERN (più cauto e desideroso di verifiche), ma è difficile dirlo con certezza.

  7. Pubblicato il 7 novembre 2011 alle 10:48 | Permalink

    @Mattia: i protoni estratti per generare il fascio di neutrini vengono presi dall'SPS mentre LHC collide, perché, che LHC stia facendo girare protoni o ioni, nel corso delle collisioni non ha bisogno dell'iniettore. Tieni comunque conto che in questi giorni gli acceleratori non stanno producendo collisioni utili, stanno mettendo a punto il processo per collidere ioni, collisioni che inizieranno veramente solo a fine settimana.

    P.S. ho visto la domanda sugli ioni, non temere! Ti rispondo quando ho un minuto... 🙂

  8. Mattia
    Pubblicato il 7 novembre 2011 alle 11:07 | Permalink

    Grazie, gentilissimo come al solito!

  9. Nicola
    Pubblicato il 7 novembre 2011 alle 12:21 | Permalink

    Ciao Marco, avevo letto in giro che qualche scienziato ha affermato di aver risolto il problema con dei "tempi relativistici" dei satelliti GPS (ad esempio qui: http://www.technologyreview.com/blog/arxiv/27260/ )
    Se ne sa niente o era tutta fuffa ?

  10. Claudio E
    Pubblicato il 7 novembre 2011 alle 13:51 | Permalink

    ho letto l'articolo e mi sembra del tutto pertinente, la frase cruciale "From the perspective of the clock, the detector is moving towards the source and consequently the distance travelled by the particles as observed from the clock is shorter" è incontestabile e quasi banale come spiegazione. Chi scrive suppone che "The OPERA team overlooks this because it thinks of the clocks as on the ground not in orbit OPERA non abbia considerato che gli orologi fossero in orbita e si muovessero nella direzione CERN-GRAN SASSO. Se questo è vero, la spiegazione è trovata, perchè considerando questo movimento il tempo impiegato dai neutrini aumenterebbe (secondo l'autore) di 64 ns, quindi poco più della differenza trovata da OPERA e si confermerebbe che hanno viaggiato ad una velocità di pochissimo inferiore a quella della luce.
    Personalmente credo più in questa spiegazione che nel fatto che qualcosa provvisto di massa possa viaggiare più veloce della luce.

  11. Claudio E
    Pubblicato il 7 novembre 2011 alle 14:03 | Permalink

    ovviamente non sappiamo con certezza se OPERA non abbia già tenuto conto delle correzioni dovute a questo effetto (nella pubblicazioni mi pare che non ne parlino). Sinceramente mi pare difficile che non l'abbiano fatto, ma tutto può essere...

  12. Davide
    Pubblicato il 7 novembre 2011 alle 14:13 | Permalink

    Mi raccomando tienici aggiornati! 🙂

  13. Mattia
    Pubblicato il 7 novembre 2011 alle 14:20 | Permalink

    Io so, per certo, che la correzione da "fare" sui tempi misurati dai sistemi GPS è "fatta" a priori dal sistema dati del satellite stesso. Esso infatti fornisce un dato già corretto a monte. Ovviamente si tratta di valutare secondo me, cosa molto più interessante dal mio punto di vista, la "correttezza della correzione" ovvero con quale precisione avviene questa operazione di correzione dati.

    Questo è quanto risulta a me...

  14. Pubblicato il 7 novembre 2011 alle 14:24 | Permalink

    @Nicola: è qualcosa che ho letto e messo nel cassetto tempo fa. Da quello che capisco, questo tipo di correzioni è stata tenuta in conto nell'analisi, e dunque l'obiezione non tiene molto la strata. Ma ha comunque ragione @Mattia: se la correzione c'è stata, sarebbe comunque interessante sapere quanto sia affidabile e precisa, e che tipo di incertezza dovremmo associargli.

  15. Claudio E
    Pubblicato il 7 novembre 2011 alle 15:10 | Permalink

    Il sistema utilizzato da OPERA è molto più complesso rispetto alla misura del tempo fornita da un normale GPS, ogni ricevitore è interfacciato con un orologio atomico, quindi non si sono affidati alla correzione del sistema dati del satellite. Il sistema che hanno utilizzato assicura, secondo i loro calcoli, una differenza massima di 3 ns. Su questo punto non credo che si possano avere molti dubbi.

  16. Pubblicato il 8 novembre 2011 alle 23:50 | Permalink
  17. spaziomen
    Pubblicato il 13 novembre 2011 alle 12:08 | Permalink

    ciao
    nell'esperienza di...
    http://it.wikipedia.org/wiki/Esperimento_di_Michelson-Morley
    si può notare che il tempo calcolato in una andata e ritorno della lunghezza L1 è considerato t1 complessivo, proprio per eliminare l'apporto positivo in andata e negativo al ritorno della velocità del sistema inerziale di riferimento v1; altrimenti ne andrebbe inficiata la determinazione se solo in andata(-v1) o solo in ritorno(+v1). quindi l'esperienza sulla determinazione della velocità del neutrino cenr- gran sasso è apparente , va depurata della velocità del nostro sistema inerziale v1(velocità della galassia circa 1000 km/sec) visto che si tratta di un solo biglietto di andata.non è sufficiente per affermare che il neutrino è più veloce della luce, ma solo sembra.
    Einstein(conosceva questa esperienza di michelson del 1887 e così l'avrebbe lui misurata) la sua teoria regge e devono studiarne un'altra!
    ciao.

  18. Claudio
    Pubblicato il 18 novembre 2011 alle 10:53 | Permalink

4 Trackback

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  • Mi chiamo Marco Delmastro, sono un fisico delle particelle che lavora all'esperimento ATLAS al CERN di Ginevra.

    Su Borborigmi di un fisico renitente divago di vita all'estero lontani dall'Italia, fisica delle particelle e divulgazione scientifica, ricerca fondamentale, tecnologia e comunicazione nel mondo digitale, educazione, militanza quotidiana e altre amenità.

    Ho scritto un libro, Particelle familiari, che prova a raccontare cosa faccio di mestiere, e perché.

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