NeoFronteras

Explicaciones sobre los neutrinos “superlumínicos”

Área: Física — miércoles, 12 de octubre de 2011

En las últimas semanas se han sucedido multitud de explicaciones sobre los supuestos neutrinos superlumínicos de OPERA.

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Gran Sasso, en los Apeninos italianos. Fuente: Wikimedia Commons.

Desde que hace unas pocas semanas anunciara el problema de los neutrinos de OPERA , que parecen ir más deprisa que la luz, no han dejado de sucederse las supuestas explicaciones.
Es impresionante la cantidad de artículos que han aparecido a raíz de este resultado tan excitante (decenas), parece que todo el mundo quiere ser el primero en explicarlo. También hay que decir que el que este tipo de noticias salgan en los medios habituales es bueno para la ciencia y la cultura en general, pese al toque de amarillismo con que se hacía en un principio.
Sobre las explicaciones, casi todas publicadas a través del sistema ArXiv, y aún no en publicaciones científicas habituales, las hay de dos tipos. Las hay que admiten que el resultado es real y que no hay fuentes de errores y se lanzan a emitir todo tipo de hipótesis más o menos valientes (o descabelladas). Otras tratan precisamente de explicar el resultado a la luz de la Física conocida. Aquí vamos a tratar a continuación éstas últimas.
Recordemos brevemente en qué consiste el resultado. Básicamente se usa un acelerador de partículas (cerca de Ginebra) para producir neutrinos. Éstos viajan a través de la corteza terrestre hasta llegar al detector OPERA en Gran Sasso (Italia) situado a 730 km distancia. Según las medidas, parece que estos neutrinos se adelantan en 60 nanosegundos respecto a un haz de luz que cubriera esa misma distancia.
El resultado entra en clara contradicción con los resultados de la supernova 1987A de la que se recibieron neutrinos casi simultáneamente. Un adelanto proporcional a esos 60 nanosegundos hubiera supuesto un adelanto de años en ese caso, cosa que no se produjo. Argüir que ahora los neutrinos son más energéticos o de otro sabor no es una buena excusa [1], [2].
Los científicos implicados en OPERA todavía no han publicado un artículo en un journal con referees y simplemente han expuesto sus resultados a la comunidad internacional para ver si encuentran una explicación, ya que ellos, en varios meses de estudio, ha eliminado las posibles fuentes de error que se les han ocurrido. Pues bien, las explicaciones han ido llegando.

Una de estas explicaciones ha sido dada por Andrew Cohen y Sheldon Glashow [3], [4]. Aunque no determinan las causas exactas del error apuntan que los neutrinos no pueden ser superlumínicos. Según ellos si así fuera los neutrinos radiarían energía de manera similar al efecto Cherenkov y las medidas tomadas en OPERA contradicen este efecto.
El resultado contradice las apetencias del propio Cohen al que le hubiera gustado que el resultado fuera real. Según él a muchos físicos les hubiera gustado que las medidas fueran correctas, tanto para experimentalistas como para teóricos.
El argumento de que ahora estos neutrinos son más energéticos que los de la supernova juega en contra de su supuesta supervelocidad. Cohen y Glashow se han basado en argumentos básicos como la conservación de la energía y el momento y deducido que si estos neutrinos fueran superlumínicos decaerían en otras partículas rápidamente, precisamente por su elevada energía. Esto haría que fueran perdiendo energía, al decaer en otras partículas, según una típica distribución estadística. Es decir, la gama de energías de los neutrinos se iría ampliando en su viaje hasta OPERA en lugar de estar concentrada en la energía con la que son producidos. Pero se observa la llegada de neutrinos con la misma energía y distribución de energía que con la que salen del CERN, es decir, todos casi iguales.
El efecto es similar a lo que le ocurre a los electrones y otras partículas cuando se mueven en un medio en el que tienen mayor velocidad que la de la luz en ese medio (efecto Cherenkov), como en la cuba de un reactor nuclear.
En el artículo estos dos físicos discuten el mecanismo exacto por el que se da esta transferencia de energía entre partículas y calculan la frecuencia con la que los neutrinos decaerían en otras partículas si fueran superlumínicos. Llegan a la conclusión de que si desde el CERN se emitieran este tipo de neutrinos perderían gran parte de su energía antes de llegar a Italia y esa pérdida de energía no se observa. La explicación más sencilla es que desde un principio no son superlumínicos.
Según Lawrence Krauss, de Arizona State University, este trabajo cierra el caso de los neutrinos superlumínicos y que el equipo de OPERA se precipitó en hacer públicos sus resultados.
Carlo Rovelli, de la Universidad del Mediterráneo, no ve premisas en el artículo de Cohen y Glashow que lo invalide y cree que el resultado es plausible, pero no se muestra sorprendido porque él, como la mayoría de los físicos, sospecha que debe haber algún error en los resultados de OPERA. Respecto a las explicaciones de los atajos a través de las dimensiones ocultas que han propuestos algunos cuerditas dice lo siguiente: “Digámoslo así: los físicos que han trabajado en teoría de cuerdas por más de 20 años han asumido que hay dimensiones extras y ninguno de ellos había considerado la posibilidad de que las partículas pudieran encontrar atajos a través de otras dimensiones e ir más rápidas que la luz.”
Cohen y Glashow no aventuran qué puede haber ido mal en las medidas de OPERA ni la fuente del error.

En cuanto a la fuente de ese error, otros investigadores ya han propuesto soluciones. Según Carlo Contaldi, del Imperial College London, el origen del error podría deberse a la mala sincronización del sistema GPS [5]. Según este investigador no se habrían tenido en cuenta los efectos de la Relatividad General (RG), según la cual el tiempo pasa a distinto ritmo a distintas altura de un campo gravitatorio. La altura a la que está el CERN es diferente a la altura a la que está Gran Sasso y esto introduciría el error suficiente en las medidas. Si este punto se confirma los físicos de OPERA se sentirán probablemente avergonzados y aquellos que decían lo de “Einstein estaba equivocado” tendrán que reconocer que en este punto al final gana él otra vez (pese a estar equivocado en muchas otras cosas).
El CERN está más cerca del centro de la Tierra que Gran Sasso y siente un mayor tirón gravitatorio que, según la RG, haría que el tiempo pasara más despacio que en Gran Sasso.
Dario Autiero, del equipo de OPERA, dice que Contaldi no ha entendido cómo los relojes son sincronizados. Contaldi admite que en su artículo publicado en ARXiv asumió algunas incorrecciones, pero que la sincronización de los relojes usando GPS no elimina los efectos de dilatación del tiempo de la RG que darían cuenta de decenas de nanosegundos, lo que reduciria las seis sigmas de significación del ya famoso resultado de los 60 nanosegundos .

Gilles Henri, del Instituto de Ciencias Planetarias y Astrofísica en Grenoble, propone una explicación áun más sencilla [6]. Según él las fluctuaciones en el haz de neutrinos podría cambiar la probabilidad de que en Gran Sasso los detecten y esto aumentaría la incertidumbre en la medida del tiempo de vuelo

Según John Ellis, del CERN, los artículos exóticos que asumen la existencia de los neutrinos superlumínicos ([], [7], [8],[9]) posiblemente estén todos mal, porque probablemente el resultado de OPERA se evaporará.

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El experimento OPERA está situado debajo de Gran Sasso para así evitar interferencias de los rayos cósmicos. Fuente: LNGS.

Mientras tanto, según se ha filtrado [10], la tensión entre los miembros de OPERA ha aumentado y la mitad de ellos no quiere enviar aún el artículo al journal correspondiente. Han estudiado las posibles fuentes de error y no han encontrado ninguna que destruya sus resultados de 6σ de significación estadística, según los cuales la probabilidad de que las medidas se deban a una fluctuación estadística es de una en mil millones, pero algunos miembros del equipo están preocupados de que haya alguna fuente de error sistemático desconocida. El proceso de búsqueda de esa fuente de error podría llevar meses, que podría estar en la electrónica o en el sistema de medida de tiempos.
Es especialmente crítica la primera medida en el CERN. Los investigadores no detectan los neutrinos salientes, sino que miden la distribución temporal de los protones que impactan sobre el blanco que los produce y comparan estos datos con lo detectado en OPERA. Básicamente quizás no se sepa bien cuándo los neutrinos abandonan el CERN para viajar a Gran Sasso. Algunos miembros de OPERA dicen que habría que realizar un estudio independiente sobre este punto y sobre otros antes de proclamar que la Relatividad Especial es errónea.
Los investigadores de MIMOS (un experimentos similar a OPERA), ya trabajan en los datos que tienen para compararlos con los de OPERA. Con un poco de suerte ni siquiera necesitarán recolectar datos nuevos durantes varios meses antes de emitir un informe con los resultados.
Puede que al final los resultados superlumínicos de OPERA queden como el fantasma de OPERA.

Actualización:

La última explicación en aparecer en escena [11] es quizás la más irónica, pues usa la Relatividad Especial de Einstein, que es la que impone el límite de la velocidad de la luz, para explicar los resultados.
Para medir la velocidad de los neutrinos, los de OPERA toman la distancia entre el CERN y Gran Sasso y lo dividen por el tiempo que emplean en el recorrido. La ubicación del CERN la miden con GPS, al parecer con bastante precisión. Como OPERA está bajo unos cuantos miles de metros de roca es más difícil medir su ubicación, pero al final se las apañan para hacerlo.
La parte complicada, y en la que se centra el nuevo artículo que rebate los neutrinos superlumínicos, es la medida del tiempo. Ronald A.J. van Elburg sugiere que esa medida está mal.
Para medir el tiempo transcurrido los de OPERA usan dos relojes en cada extremo que son sincronizados con GPS. Aquí es donde aparece la fuente de error, pues el tiempo sí depende del sistema de referencia, en este caso satélites que se están moviendo, pero los de OPERA han hecho sus cálculos como si los satélites estuvieran en tierra sin moverse respecto al CERN y Gran Sasso.
Los cálculos de este señor indican que el error es de 32 ns, que como se da en los dos extremos suman un total de 64, que son casi los mismos que les salen a los de OPERA como fuente de todos los males.
Naturalmente queda que otros colegas supervisen este trabajo, pero si se confirma el ridículo del equipo de OPERA puede ser espantoso.

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29 Comentarios

  1. joabbl:

    Me llama la atención que el experimento no detecte los neutrinos salientes de forma directa. Imagino que eso será porque no es fácil decir “cuando” se crea una partícula tan fantasmal como el neutrino con la suficiente precisión. Pero si es así imagino que tampoco se puede a partir de la supernova 1987A decir si los neutrinos son más rápidos o no que la luz porque no puedes saber si todos los que llegan “a la vez” a la Tierra fueron creados “a la vez” en la supernova. Si recibes neutrinos con años de separación de la supernova en vez de decir que viajan más rápido que la luz a lo mejor simplemente no se generaron a la vez. Probablemente esté diciendo alguna bobada pero bueno, aquí queda para la posteridad.

    Saludos

  2. NeoFronteras:

    Estimado joabbl:
    Para ello habría que disponer de un detector como el de Gran Sasso en el CERN, que sería inoperante por la radiación circundante. Lo ideal sería construir uno a medio camino. Pero cuando se diseñaron estos experimentos no se pensó en este efecto, sino en el estudio de las oscilaciones de neutrinos, que es para lo que está pensado OPERA.
    En el caso de la supernova existe el fogonazo de luz y neutrinos, que son casi sincrónicos. Sólo hay un periodo de unas pocas horas en las que todavía no se emite la luz pero ya tenemos neutrinos; pero esto en varios años de diferencia, si los datos de OPERA fueran correctos, es irrelevante. Además, no es fácil saber cuando explota exactamente una supernova si no se la está observando.

    Por cierto, para los habitantes del hemisferio sur fue posible ver esta supernova a simple vista, ya que explotó casi en nuestra galaxia (en la nube de Magallanes).

  3. Alejandro:

    Sin tener mucha idea de lo que digo:
    Velocidad es espacio dividido por tiempo.
    La masa perturba el espacio-tiempo.
    Al medir la velocidad de una partícula que atraviesa una masa, ¿no se comete un error en la apreciación de espacio y tiempo?

  4. Miguel Angel:

    Cito: “Dario Auteria, del equipo de OPERA, dice que Contaldi no ha entendido como los relojes son sincronizados”. Yo tampoco lo entiendo: creía que ese problema ya se había solventado (desde el uso de los GPS) usando una de las ecuaciones de campo de Einstein.

    Saludos

  5. lluís:

    Todo esto es muy interesante, así que iré leyendo poco a poco todo eso y a medida que se me ocurran comentarios, los iré posteando.Para empezar veo, y me hace una cierta ilusión, que Cohen y Glashow concuerdan con lo que ya dije en un post, aquí,sobre que veía difícil que se conservara la energía y el momento en el supuesto de que esos neutrinos violaran la RE,al ser hiperlumínicos.
    Saludos.

  6. lluís:

    Parece un tanto sorprendente que pudieran no haberse tenido en cuenta los efectos relativistas de la dilatación del tiempo, por dejar de considerar en los cálculos, sobre velocidad de los neutrinos muónicos, la diferencia de alturas entre el CERN y el Gran Sasso.
    Saludos.

  7. joabbl:

    ¿Por qué precisamente los neutrinos? Quiero decir que con tantas partículas como se conocen de todos los tamaños y colores (¡en algún caso literalmente!) por qué justamente los neutrinos deberían ser más rápidos que la luz. ¿A alguien se le ocurre alguna justificación teórica o algo menos formal? Los neutrinos casi no interaccionan con la materia normal, lo cual hace más difícil medir cualquier cosa relacionada con ellos. Aunque quizá podría ser esa precisamente la razón…

    Saludos

  8. lluís:

    Todos los argumentos que se dan para cuestionar el famoso experimento de los 60 ns.,tienen fundamento, y especialmente interesante resulta el argumento que cuestiona el momento en el que los neutrinos abandonan el CERN.Por cierto, ya se hablo de unas partículas a las que teoricamente se les atribye una velocidad superior a la de la luz en el vacio, los “taquiones”.
    Saludos.

  9. NeoFronteras:

    Se ha añadido una actualización para contar la última explicación al fenómeno (muy instructiva) en la que usa Relatividad Especial.

  10. joabbl:

    Vale, tal vez sea ese el error. En Ciencia estas cosas pasan y se corrigen. Quien nunca hace nada nunca se equivoca, por ejemplo nuestros políticos. Esos sí que son perfectos.

    Saludos

  11. lluís:

    Pues sí, esa actualización tiene enjundia.Si al final el error es el que se apunta en el trabajo del sr.Van Elburg, no cabe duda de que dejaría en bastante mal lugar al equipo de OPERA.
    Saludos.

  12. ElGenSuicida:

    Pues llevan 3 años y 6 meses repitiendo la prueba y los resultados de diferentes modos, hasta llegar a realizar el experimento mas de 15000 veces……si despues de ello se han equivocado pues ya podrian devolver partes de sus salarios……o no tal vez las suposiciones que dicen estos fisicos desde lejos queden fuera de lugar…..hay que tener una cosa muy en cuenta…..hay fisicos que no estan dispuesto despues de haber enseñado aus conocimientos a tanta gente a rwconocer que la ciencia ha cambiado y que lo que aprendieron tanto ellos como los alumnos no sirve para nada.
    Al ser humano siempre le cueste bajar la cabeza, y contra mas mayor es un fisico menos se le puede reeducar…..creo que a esto le faltan por lo menos unos 6 meses mas por lo menos para aclarar que ha sucedido o que va a suceder…..en japon y en america estan llevando a cabo los mismos experimentos para averiguar si si o si no.

  13. NeoFronteras:

    Para el gensuicida:
    Llevan tres años tomando datos, no repitiendo pruebas.
    El cuanto al sistema, pues es el método científico. Toda teoría científica, por definición, es falsable, si no es así, entonces no es científica.

  14. xxpabloxx:

    Espero que lo de los neutrinos superluminicos sea cierto, sería grandioso por sus implicancias a todos los niveles.

  15. Máximo:

    Bien, me parece el comentario de Alejandro, alguien que sabe que no sabe, como Sócrates. El método científico es una gran superstición cartesiana: cuentan una cantidad casi infinita de manzanas, pero, como no saben contar exactamente tantos numerarios, sacan promedios y otros artilugios estadisticos. Ya lo dijeron los parapsicologos soviéticos: los psitrones viajan de futuro a pasado, los neutrinos y otras particulas, son sólo reflejos holográficos en el ordenador mental. De hecho, los neutrinos son inmoviles a menos que sean observados por medios mecánicos, si son observados por medios holisticos, son inmóviles.

  16. Máximo:

    Pero eso no es lo relevante: lo verdaderamente importante es que muchos fisicalistas, descolgados del pensamiento cientifico oficial y formal, estarian de acuerdo conmigo, un personaje infimo y residual, que juega a saber fisica, ya que juega a no saber nada. En cambio, los doctos sabios intruidos en arte de crear infelicidades tecnológicas, y forcluir (bien digo, forcluir) el pensamiento múltiple, ah, esos declaran haber leido a un “loco diletante” en su brote poético primaveral de las antípodas huecas.

  17. Máximo:

    Y prosigo: esos neutrinos fantasmáticos desaparecerán de las pantallas y enrevesados matraces fisioquimicos, como desaparece la niebla tras los collados, como desaparece el bañador de la danzarina, o como desaparecen los ecfóricos (bien digo, ecfóricos) comentarios en la revista de plasma cuántico. No se preocupen, hay tiempo, mucho tiempo, tanto, que no sabemos ni quienes somos, ni de dónde venimos ni de adonde vamos, y cuando se proponen hipotesis holográficas postmetafisicas, ah, no, eso es pseudociencia, señores, ¡anatema y maldición! — Permíntame sonreir, digo, si no se ofenden sus infundadas ecuasiones, bien digo, infundadas en sus supuestos, ya sólo cero es igual a cero, y uno, bueno, uno no es igual a uno, porque es la contradicción, y no la identidad, el “principio primero”.

  18. Miguel Angel:

    Estimado Máximo:

    ¿Cómo vamos a ofendernos si la Genética dice (y no infundadamente) que eres pariente nuestro?

    Abrazos para todos los seres del Universo.

  19. tomás:

    A Máximo:
    ¡Oj! Mal-digo: ¡Jo!

  20. JAvier:

    Neo, deberías agregar a las normas de la página que no se puede tostear si estás drogado.

    Maximo va de mal en peor

  21. NeoFronteras:

    Es increíble lo que ha sacado a la luz la noticia esta de los neutrinos.
    Entre otras cosas todo tipo de ciencia-magufa. Ya sólo falta la telepatía y la telequinesis mediada por neutrinos.

  22. NeoFronteras:

    Ese comentario de antes no se ha escrito aún. ¿Vendrá del futuro gracias a los neutrinos superlumínicos?

  23. Máximo:

    Según el fisico de Holanda, Ronald van Elburg, el error del experimento de los neutrinos se deberia a que no se tuvo en cuenta el “movimiento relativista de los relojes” que debian estan billonésimamente sincronizados. Otros factores, rayos cósmicos, campos gravitatorios, deben estar igualmente controlados y medidos con infinisimalitud, propia de un experimento de vanguardia. La replicabilidad del hallazgo será posiblemente la respuesta a la eventual superluminisidad de los Neutrinos. Las hipótesis de ciencia ficción como la mia, no tienen la menor posibilidad, excepto por simple azar. No poco.

  24. Máximo:

    Por lo demás, no soy científico, ya que mi especialidad –la psicologia– si bien ha hecho grandes avances, no es ciencia propiamente tal. Por lo cual estoy propenso a todo tipo de ideologismos, cientificos o no. La neuropsicologia es ciencia, creo, psico/fisica, pero no sé matemáticas como para perderme en ecuasiones de campo nervioso interconectivo. Y no consumo drogas, es mi estado habitual, ya que, como a Don Alonso Quijano, “las muchas letras me han sorbido el seso”.

  25. Máximo:

    De manera que saldré de madrugada, lanza en ristre, y adarga en escudero, primero, contra las cremas y lociones de belleza que contienen “neutrógenos activos” para detener el envejecimiento, luego contra esos rufianes politicos, “los neutrales” que se van de vacaciones sin dar quorum al Congreso, para finalmente, desenmascarar a todos quienes le han esquilmado el Nobel de Física, a Mario Hamuy, verdadero descubridor, desde el Tololo, de la expansión del universo. En cuanto a la telepatia, la clarividencia y la psicoquinesis, no serán objeto de mi Manchega justicia, porque, los pobres o estan dementes, o bien tienen pacto con el Mulo Cojo y Barbado.

  26. NeoFronteras:

    Máximo:
    Independientemente de si consume o no sustancias estupefacientes, la mayor parte de lo que dice, pese a que gramatical y ortográficamente es correcto, no se entiende. Ni se entiende que quiera expresar lo que expresa aquí.
    La gran ventaja de la democracia de EEUU es que cualquiera puede llegar a ser presidente de la nación, lo peor es que incluso un cualquiera puede serlo (ejemplos hubo). Algo parecido pasa en Internet. Es un instrumento maravillo en el que cualquiera puede expresarse, pero hay contribuciones que no tienen valor alguno.
    Esto no sería un problema en una sociedad formada, porque cualquiera podría separar el grano de la paja (se esté o no de acuerdo con lo afirmado en “el grano”). Lo malo es que la gente normal no suele tener criterio alguno e incluso tiende a creer en lo paranormal, lo conspiranoico, lo raro…
    Frente a ese problema hay varias soluciones. Una, si se tiene tiempo y ganas, es rebatir cada una de las intervenciones. La segunda, frente a la incansable capacidad de soltar tonterías (en el campo de la maguferías y exhibicionismo personal hay gente inquebrantable al desaliento), es no alimentar al troll e ignorarle, a ver si se va pastar a otro sitio.
    Otra posibilidad, la adoptada aquí, es permitir unas pocas intervenciones al comentarista para ver si se modera. Y si no lo hace, cosa que ocurre en la inmensa mayoría de las ocasiones, se le retira la posibilidad de seguir interviniendo.

  27. Máximo:

    Pues no lo sé, al fin y al cabo es su página y Ud. es doctor en ciencias fisicas y matemáticas. Distinto es que lo que diga sea un sin-sentido. Lo es, efectivamente, desde el punto de vista fisicalista. Pero es grave que la visión técnico experimental tienda a prevalecer a tal grado, que, textos que son joyas filosóficas invaluables como “La Formación del Espiritu Científico” de Gastón Bachelard (y muchos otros)ya no se impriman, o no se encuentren, no por censurados, sino por no-comprendidos por la “razón instrumental”. Incluso a nivel de eminentes doctores en filosofia, se advierte un tal descenso en el nivel discursivo, que filosofos como Heidegger han dejado de ser entendidos y son distorsionados desde la cátedra respectiva. Sólo un ejemplo más: es frecuente, en casi cualquier libro de texto de primer año de universidad humanista, decir: “el dualismo castesiano ha sido superado”, cuando, ni siquiera se han definido las distintas acepciones de “dualismo”. Asi que es sintomático, que se no comprenda lo que digo, le pasa a muchos académicos actuales, y por distintos motivos, respecto de autores grandes y pequeños. Un saludo, NEO, siempre habrá otras páginas que consultar, pero esta es particularmente hermosa. Gracias.

  28. NeoFronteras:

    Para Máximo:
    Esta web versa sobre ciencia y las reglas de participación dicen claramente que los comentarios deben ir en consonancia con la entrada.
    Una cosa es que en un momento el tema se pueda desviar y otra es que deliberadamente se haga.
    Busque una web sobre Filosofía para discutir sobre esas cosas, por favor.

  29. Máximo:

    En lo sucesivo los comentarios estarán acotados, y referidos al tema propuesto. En una Web vecina, “neofronteras en educación” se tratan temas en el sentido por Ud. desaconsejado. Gracias.

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