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Da anni la fisica mette alla prova la teoria della relatività di Einstein, verificando uno per uno i pilastri su cui poggia. Uno dei più discussi è l’invarianza di Lorentz, il principio secondo cui le leggi della fisica restano identiche in qualunque direzione dell’universo. Un gruppo di ricercatori ha provato a cercarne le crepe nelle profondità del Mediterraneo, usando i neutrini. Per ora il genio tedesco ha ancora ragione. Alcuni principi della relatività vacillano ogni tanto, altri escono rafforzati da ogni nuova scoperta. L’invarianza di Lorentz si trova ancora in una zona grigia, perché diversi scienziati sospettano che possa cedere a scale estreme. Se fosse così Einstein avrebbe sbagliato, e c’è chi non vede l’ora di togliergli almeno un pezzetto di ragione.
Il rivelatore sotto il mare di Tolone
Le strade per riuscirci sono parecchie, ma quelle basate sulla rilevazione dei neutrini sono tra le più studiate. Il protagonista di questa storia si chiama KM3NeT/ORCA, un rivelatore piazzato a 2.450 metri di profondità al largo di Tolone, in Francia. In uno studio pubblicato di recente il gruppo del progetto descrive la cattura di 5.828 neutrini atmosferici, le cui caratteristiche non sembrano violare l’invarianza di Lorentz. Si tratta però soltanto della primissima fase degli esperimenti.
La scelta di queste particelle non è casuale. I neutrini sono leggerissimi, non hanno carica e interagiscono quasi solo attraverso la forza debole, quindi attraversano il cosmo senza scontrarsi praticamente mai con la materia. Basta ripercorrerne il tragitto a ritroso per capire da dove arrivano, ed è difficile che qualcosa li devii. Ne esistono tre tipi, chiamati anche sapori, a seconda della particella a cui sono associati: elettronici, muonici e tauonici. Durante il viaggio possono cambiare sapore con un fenomeno noto come oscillazione, e le leggi fisiche stabiliscono con grande precisione quando avvengono queste trasformazioni. Se il risultato coincide sempre con le previsioni, in qualsiasi direzione venga misurato, la legge regge. In caso contrario potrebbero servire alcune correzioni in condizioni particolari.
Perché proprio in fondo al mare
Ogni secondo miliardi di neutrini attraversano il corpo umano senza che nessuno se ne accorga, e catturarli è un’impresa. Da tempo però si sa che l’acqua funziona bene come rivelatore. Con un volume abbastanza grande, prima o poi uno di essi interagisce con una particella e libera particelle cariche quasi nella stessa direzione in cui viaggiava. Queste emettono una luce azzurra che, grazie alla trasparenza dell’acqua, si individua facilmente e che cambia da un sapore all’altro. I neutrini atmosferici nascono in una miscela di sapori prevedibile, e anche quelli muonici mutano a ritmi conosciuti. Osservando quali tipi arrivano in mare dopo una certa distanza si può controllare se tutte le previsioni vengono rispettate.
La profondità conta parecchio, perché tiene lontane le particelle che disturberebbero le misure, come i muoni dei raggi cosmici. Esistono rivelatori anche nel ghiaccio, a partire dal celebre IceCube del Polo Sud, che di recente ha fruttato il Nobel a uno dei suoi ideatori. In questo caso si è puntato sul Mediterraneo, con risultati persino migliori. Lo studio ha usato appena 1,4 anni di dati provenienti dalle prime sei unità di rilevazione, eppure raggiunge la precisione di esperimenti veterani come IceCube e il giapponese Super Kamiokande.
Il progetto KM3NeT dispone anche di un secondo rivelatore, ARCA, sistemato a 3.500 metri di profondità al largo della Sicilia. ORCA è specializzato nei neutrini atmosferici di bassa energia, mentre ARCA si concentra su quelli provenienti dallo spazio profondo, molto più energetici. Gli autori vogliono studiare le oscillazioni anche lì, perché un’energia maggiore accentuerebbe le eventuali variazioni capaci di invalidare l’invarianza di Lorentz.
Fonte: TecnoAndroid