I neutrini vogliono più dimensioni

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Il comportamento delle sfuggenti particelle sembra conforme a quanto previsto dalla teoria delle stringhe.
Gli ultimi risultati di AMANDA, un rivelatore di neutrini letteralmente "affogato" nella coltre di ghiaccio dell’Antartide, ha mostrato che queste sfuggenti particelle possono testimoniare l’esistenza di altre dimensioni oltre alle tre spaziali e a quella temporale a cui siamo abituati. In un articolo apparso sull’ultimo numero di Physical Review Letters Luis Anchordoqui e Haim Goldberg della Northeastern University e Jonathan Feng dell’Università della California a Irvine spiegano come il rapporto fra il numero di neutrini rilevati dall’apparecchiatura che sono diretti verso "l’alto" (ossia che prima di essere osservati da AMANDA avevano attraversato il globo terrestre) e quelli che, provenendo dal cielo sovrastante l’osservatorio, corrono verso il "basso" è tale da confermare le caratteristiche di interazione della particella con la materia previste dalla teoria delle stringhe, che suppone l’esistenza di dimensioni extra. Proprio l’esistenza di queste dimensioni in più, sottolinea Jonathan Feng, "può portare i neutrini ad alta energia a produrre una sorta di microscopici buchi neri che evaporano istantaneamente creando una spettacolare pioggia di particelle nell’atmosfera terrestre e nella calotta antartica. Questo incrementa il numero di neutrini verso "basso" rilevati. Al contempo la creazione di questi buchi neri determina una diminuzione dei neutrini verso "l’alto". Il tutto secondo le distorsioni statistiche desumibili dalle proprietà dei neutrini previste dalle nuove teorie." Per una conferma più accurata di questi risultati, i ricercatori aspettano ora l’entrata in funzione di IceCube, il rilevatore di neutrini delle dimensioni di un chilometro cubo che dovrebbe presto sostituire AMANDA.

Le dimensioni invisibili dell’universo

L’universo potrebbe giacere su una membrana all’interno di uno spazio con un maggior numero di dimensioni; una simile struttura potrebbe unificare le forze e contenere universi paralleli. Il testo integrale dell'articolo si trova su «Le Scienze» di ottobre 2000 Il classico romanzo del 1884 Flatlandia: Racconto fantastico a più dimensioni, di Edwin A. Abbott, descrive le avventure di A. Quadrato, un personaggio che vive in un mondo bidimensionale popolato da figure geometriche animate: triangoli, quadrati, pentagoni e così via. Verso la fine della storia, una creatura sferica da una «Spaziolandia» tridimensionale attraversa Flatlandia e porta A. Quadrato fuori dal suo ambiente planare per mostrargli la vera natura tridimensionale del mondo. Non appena comprende la portata di ciò che la sfera gli sta mostrando, A. Quadrato ipotizza che anche Spaziolandia possa esistere come sottospazio di un più grande universo quadridimensionale. Sorprendentemente, negli ultimi due anni i fisici hanno iniziato a considerare seriamente un’idea molto simile: ossia che tutto ciò che vediamo nel nostro universo sia confinato in una «membrana» tridimensionale giacente all’interno di un dominio a più dimensioni. Ma, a differenza di A. Quadrato, che deve affidarsi per la sua intuizione all’intervento «soprannaturale» da Spaziolandia, i fisici dovrebbero essere presto in grado di verificare la reale esistenza delle altre dimensioni, che potrebbero estendersi su distanze grandi fino a un millimetro. Si stanno già cercando sperimentalmente gli effetti di queste dimensioni extra sulla gravità; se non ci sono errori teorici, nei futuri esperimenti europei con particelle di altissima energia si potranno osservare processi insoliti che coinvolgono la gravità quantistica, come la creazione di microbuchi neri effimeri. Naturalmente la teoria alla base di tutto questo non ha niente a che fare con la fantasia di uno scrittore: si fonda su alcuni dei più avanzati sviluppi nella teoria delle stringhe e sembra in grado di risolvere alcuni annosi problemi di fisica delle particelle e cosmologia. I concetti esotici della teoria delle stringhe e delle molte dimensioni derivano dagli sforzi per capire la più familiare delle forze: la gravità. Più di tre secoli dopo la formulazione di Isaac Newton, i fisici ancora non sanno spiegare come mai la gravità sia tanto più debole delle altre forze. Postulare dimensioni extra può sembrare bizzarro e artificioso, ma per i fisici è una idea familiare che risale agli anni venti, quando il matematico polacco Theodor Kaluza e il fisico svedese Oskar Klein idearono una notevole teoria della gravità e dell’elettromagnetismo che richiedeva una dimensione in più. L’idea è stata rivitalizzata nelle moderne teorie delle stringhe, che richiedono un totale di 10 dimensioni dello spazio per avere coerenza matematica interna. L’idea delle dimensioni in più prosegue la tradizione copernicana nel comprendere il nostro posto nel mondo: la Terra non è nel centro del sistema solare, il Sole non è nel centro della nostra galassia, la nostra galassia è solo una fra i miliardi che popolano un universo privo di un centro e ora il nostro intero universo tridimensionale potrebbe essere solo una membrana sottile all’interno dello spazio delle dimensioni. Se consideriamo di eseguire sezioni attraverso le dimensioni extra, il nostro universo occuperebbe un punto infinitesimale in ciascuna sezione, circondato da un vuoto. Ma forse possiamo spingerci oltre. Così come la Via Lattea non è l’unica galassia nell’universo, potrebbe il nostro universo non essere l’unico nello spazio pluridimensionale? Le membrane di altri universi tridimensionali potrebbero essere parallele alla nostra, lontane da noi appena di un millimetro, ma nelle dimensioni extra. Allo stesso modo, sebbene tutte le particelle del modello standard debbano essere fissate al nostro universo membrana, altre particelle al di fuori del modello standard, oltre ai gravitoni, potrebbero propagarsi nelle altre dimensioni. Ben lungi dall’essere vuote, le dimensioni in più potrebbero avere una moltitudine di strutture interessanti. Gli effetti delle nuove particelle e degli universi nelle dimensioni extra potrebbero fornire una risposta a molti misteri irrisolti della fisica delle particelle e della cosmologia.

Lescienze

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Misurando le oscillazioni di un fascio di neutrini che attraversa la Terra, sarà forse possibile determinare la densità precisa del nucleo terrestre.
Un fisico negli Stati Uniti ha proposto di misurare la densità del nucleo terrestre usando un fascio di neutrini. Secondo Walter Winter dell'Institute for Advanced Study di Princeton, i neutrini potrebbero fornire informazioni non disponibili con altre tecniche. Anche se le misurazioni delle onde sismiche prodotte dai terremoti possono essere usate per ricostruire un profilo dell'interno della Terra, esse forniscono solo informazioni indirette. Esistono tre tipi (o "sapori") di neutrino: elettronico, muonico e tau. Sono tutti elettricamente neutri e interagiscono con le altre particelle solo debolmente, il che significa che possono attraversare migliaia di chilometri di materia senza essere assorbiti. Durante questo passaggio, però, i neutrini possono cambiare sapore, ossia "oscillare": per esempio, i neutrini elettronici oscillano trasformandosi in neutrini muonici e così via. Poiché la quantità di oscillazione dipende dalla densità degli elettroni della materia attraversata, in teoria dovrebbe essere possibile determinare la densità terrestre effettuando precise misurazioni delle oscillazioni dei neutrini. In uno studio pubblicato online Winter propone di inviare un fascio di neutrini da un acceleratore per decine di migliaia di chilometri attraverso la Terra, fino a un rivelatore dall'altro lato del globo. In linea di principio, il fascio viaggerebbe da una ipotetica "fabbrica di neutrini" nell'emisfero settentrionale fino a un rivelatore di ferro da 50.000 tonnellate nell'emisfero meridionale. Per esempio, un fascio potrebbe essere inviato dal CERN in Svizzera, attraverso il nucleo interno della Terra, fino a un rivelatore in Nuova Zelanda.

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