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¿Neutrinos más rápidos que la luz?
[size=large]Los neutrinos superlumínicos del OPERA/CNGS del CERN[/size]
Publicado el Viernes, 23 de septiembre de 2011 por MiGUi en Física
Ayer saltaba la noticia, ¡se han detectado neutrinos a mayor velocidad que la de la luz en el vacío! Reuters publicaba una nota de prensa y a continuación Internet se llenaba de interpretaciones periodísticas de lo más variopintas. En el negocio de la relatividad, el encontrar algo que pueda suponer un reverso a Einstein da mucho morbo, o eso parece, a juzgar por el tono de las noticias. Pero sin ánimo en pararme a analizar la incontinencia periodística, trataré de contar lo que yo entiendo de este tema y de analizar la reacción de la blogosfera de físicos teóricos, que me merecen mucho más interés que cualquier agencia.
Todo comienza cuando ayer 22 de septiembre de 2011 se sube a Arxiv.org el paper “Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam” de Pasquale Migliozzi arXiv:1109.4897v1 [hep-ex].
OPERA (acrónimo de Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) es un experimento del CERN diseñado para investigar el fenómeno de la oscilación de los neutrinos. Este experimento se sirve de un haz de gran energía de neutrinos muónicos llamado CNGS (recordemos que hay tres tipos de neutrinos: electrónicos, muónicos y tauónicos, cada uno asociado a los tres leptones respectivamente: electrón, muón y tau). Este haz producido en el Super Proton Synchrotron del CERN envía los neutrinos hacia el laboratorio LNGS situado a 730 kilómetros, en Italia.
Aparentemente, se han detectado neutrinos que han excedido la velocidad de la luz en el vacío. Algo que no está permitido por la relatividad especial. Se trataría, de ser cierto, de una violación de las leyes fundamentales de la física. Es por esto que se ha producido toda la tormenta informativa al respecto. Pensemos qué ocurriría de ser cierto que los neutrinos de verdad estuvieran viajando a mayor velocidad que “c”.
La relatividad especial dice que no es posible transmitir información física a mayor velocidad que la de la luz en el vacío. Es uno de sus postulados del cual se extraen muchas consecuencias. La relatividad se construye partiendo de esta afirmación como cierta, junto con el otro postulado que afirma que las leyes físicas no cambian dependiendo del observador. Son sus pilares y por tanto la teoría no puede probar que sean ciertos o falsos.
Esto en matemáticas sería equivalente a los axiomas. En matemáticas, si supones que un axioma es cierto entonces desarrollas una teoría y si no te lo crees y afirmas que es falso desarrollas otra. No pasa nada, y hace poco expliqué un ejemplo de esto.
Pero la Física tiene a la naturaleza por juez implacable, y si el postulado es falso entonces tus predicciones antes o después terminan con darse de bruces con la realidad. La relatividad es una teoría extremadamente versátil por su gran aplicabilidad. Esto es debido en gran medida a la sencillez de sus postulados. Todo lo que sabemos hasta la fecha es que las predicciones se cumplen con exquisita precisión. Esto no nos permite afirmar que los postulados sean ciertos, simplemente nos dice que son sumamente razonables. Si la relatividad se equivocara entonces los satélites GPS acumularían más de 10 km de error en la posición por día, por ejemplo. Y los espectros atómicos no serían como son. Hay demasiadas evidencias a favor como para que lo primero que se piense sea que está equivocada y se tire un pilar fundamental. Antes hay que averiguar otras cosas.
Cuando un objeto con masa intenta acelerar hasta la velocidad de la luz necesita cada vez más energía para adquirir un tramo equivalente de velocidad. Cada vez cuesta más energía y el extremo es que hace falta infinita energía para llevar a un cuerpo masivo hasta la velocidad de la luz. Y nada, ni siquiera las partículas sin masa, lo pueden superar. Hay una gran diferencia entre aproximarse mucho a un límite y estar en ese límite.
Así, los neutrinos de gran energía del CNGS que llegaron a Italia unos 60 nanosegundos antes de lo esperado parecen ir no sólo a la velocidad de la luz, sino un poquito más rápido. La precisión en la medida de los 730 kilómetros de longitud del haz es de unos 20 centímetros. El exceso de velocidad es de 25 partes por millón, de la velocidad de la luz. No es sencillo de medir con un cronómetro y una regla. No funciona así, y es evidente que los investigadores han tenido que precisar mucho en sus medidas.
Para que quede claro que no se trata de olvidarse de la curvatura de la Tierra y del hecho de que los neutrinos siguen trayectorias rectilíneas sirva este gráfico, que se encuentra en la web del experimento OPERA:
Si esto fuera cierto sería posiblemente una revolución en la física como no se ve desde hace un siglo y habría que replantearse cosas muy importantes. Por eso es lógico primero tratar de descartar cualquier tipo de fallo experimental o interpretativo antes de lanzarse a demoler algo que todo lo que se ha visto durante un siglo dice que es correcto y con una precisión excelente.
Por eso, la comunidad de física de alta energía debe repetir este experimento utilizando otras técnicas para ver cómo de buenos son estos resultados. Sean o no ciertos, los teóricos y experimentales en altas energías estarán ahora mismo trabajando a destajo. Aquí hay que empezar planteándose dudas. ¿En qué han podido equivocarse los del experimento? ¿Qué otros fenómenos físicos podemos buscar que estén relacionados para poder hacer el experimento de otro modo? ¿Cuales serían las consecuencias si fuera cierto? Esto es mucho trabajo y muy emocionante sin duda.
Los propios autores del paper, se muestran más que cautos. Cualquier físico sabe que cuando en su experimento sale algo así, hay grandes posibilidades de que haya cometido alguna pifia. Por eso, los autores del paper no han querido pecar de optimistas y concluyen diciendo que rehúsan hacer valoraciones experimentales o teóricas hasta que se repita el experimento en las mismas condiciones por otros equipos.
A nivel teórico, este tipo de hallazgos experimentales suponen un trabajo inmenso para analizar qué puede habérsete quedado por el camino, cosas que se hayan podido obviar, errores en la medida y cosas así. No es lo mismo una medición con una dispersión estadística que con otra, esto puede implicar que el error sea comparable a la medida y entonces no sirva. Esto es muy delicado, trabajar con haces de partículas de alta energía no es como medir qué coche pasa primero por la meta.
Los investigadores han sido muy exhaustivos y han probado y comprobado todo lo que se les ha ocurrido, por eso al final piden que se repita de forma independiente, para ver otras posibilidades. Han sido muy cautos y creo que habría que preservar esa cautela, porque si ellos mismos que lo han hecho son los que piden cautela, el resto (nosotros los bloggers o los medios de comunicación o el resto del mundo) debería hacer lo propio.
Tengo que decir que personalmente esperaba que se tratara del típico error interpretativo que hacen los medios cuando se miden velocidades de fase superiores a la de la luz. Pero este caso es ligeramente diferente. Sí, se ha magnificado mucho la historia y se ha perdido la perspectiva, pero yo recomendaría acudir al paper directamente y no hacer valoraciones adicionales.
Pensar en qué podría pasar en la física si este límite no fuera tal excede mi imaginación y muy probablemente mis conocimientos, pero sin duda daría un vuelco tremendo a muchas cosas. Lo más probable y lo que cree todo el mundo ahora mismo es que haya sido fruto de algo que se ha quedado atrás a la hora de comprobar. Pero no lo sabremos mientras el experimento no se repita las veces que sea necesario.
Mientras tanto, el paper es la única fuente válida de información en este tema y habrá que esperar hasta que se termine de saber qué hay de cierto en todo esto. Podríamos estar ante la primera observación de algo nuevo. Algo que no necesariamente tendría por qué trastocar nada, porque podría ser algo exótico y desconocido. Pero es pronto para plantearse tales extremos. Lo mejor es ser prudentes. Yo (y creo que medio mundo) estoy al tanto de este asunto y comentaré cualquier novedad que vaya surgiendo.
Actualización
Ha salido una nota de prensa del CERN: press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2011/PR19.11E.html, donde comentan el tema y de nuevo piden cautela ante todo.
Actualización
16:22 Sigue la rueda de prensa del CERN en webcast.web.cern.ch/webcast/
16:36 Están explicando cómo se obtiene la precisión en las medidas, la calibración de los equipos de medida y haciendo hincapié en la construcción de los detectores y de cómo garantizan la precisión del haz. Es lógico, dado que ahora mismo el mundo está preguntándose en qué punto se han equivocado
17:10 Bueno, turno de conclusiones. Un avance:
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Comentarios
Acercarse, si.
Incluso la luz necesita tiempo para recorrer distancias, algo mas rapido solo reduciria ese tiempo.
O es que tú no aprendiste nada viendo superman, homeya
EDIT: Festivaldelhumor
60 nanosegundos para una velocidad de 300.000 km/s es muy bajo margen de error. Para mi, como para muchos de vosotros veo, especulais que es un error del detector.
Esto me recuerda a aquella leyenda que escuché hace ya mucho sobre que, en una medición de un láser en disolución de rubidio, césio o cobre (no recuerdo), este llegó fracción de tiempo antes de que el científico lo iniciase.
Que sepamos. Esto me recuerda un poco aquello que decian algunos de que el cuerpo humano no podria soportar la velocidad de los trenes, cuando estos aun tenian una velocidad ridicula para los estandares actuales.
Hombre, no se en que se basaban para decir eso de los trenes pero, en principio, se supone que nada puede ir más rápido que la luz por las implicaciones que esto tiene en la Teoría de la Relatividad de Einstein, es decir, que si la masa de un cuerpo tiende a infinito según la velocidad de ese cuerpo se acerca a la de la luz, si superase esa velocidad su masa debía ser mayor que infinito, lo que supongo será harto complicado.
Hasta el momento no se ha hallado algo pueda viajar a más de la velocidad de la luz. Eso no demuestra ni que se pueda ni que no se pueda.
Hombre, no te compares a tí mismo con el autor de "Las Cinco Enormes Necedades escritas intentando demostrar la existencia de Dios". :P
Bueno, pero es que estamos hablando de neutrinos y cosas subatomicas de esas, no de lanzar una pelota con todos sus atomos a la velocidad de la luz.
Efectiviwonder. Que yo tampoco lo estoy afirmando con rotundidad ni nada, por si lo parecia.
Y, obviamente, los científicos llamándoles de todo a estos últimos.
Si (uso condicional pero ya se ha hecho) sincronizamos dos relojes atómicos y uno de ellos lo metemos en una nave, al volver a tierra ese va retrasado.
eso pasa en todo. Si yo en X años me presento en una obra y le digo al paleta de 40 tacos, 20 en el andamio, que el mortero se hace con 1 parte de cemento y 6 de arena,en vez de 1-4/5 como hace él, me llamará idioto como mínimo, cuando es lo que marca nuestra querida Instrucción del Hormigón (EHE-08, para los que padezcan de insomnio)
Un arbolito torcido se puede enderezar con varetas de caña, un olivo viejo y con nudos como un servidor rompe lo que sea.
Hoy somos lunes.
Por cierto, que casi tan simpáticos como los gastalápices sensacionalistas serían los amigos del magufo: te sueltan sin inmutarse que, como la mecánica cuántica prueba que se puede estar en dos lugares a la vez, eso demuestra que los viajes astrales, la homeopatía, la comunicación telepática, etc. son reales.
Claro que hay cosas que pueden ir mas rápido que la luz, el problema es la masa, nada masivo puede ir mas rápido que la luz (ni siquiera podría ir a la velocidad de la luz), es sabido que para acelerar una masa finita a la velocidad de la luz hace falta una energía infinita, y esa no es la única de las limitaciones. Así pues el problema con estos neutrinos, es que efectivamente las leyes relativistas se violarían (pero vamos personalmente la gente del gran Sasso tiene menos credibilidad con sus cagadas recurrentes que nada, estarían borrachos cuando lo midieron :P )
La otra cosa es que, en el caso que algo viajase mas rápido que la luz es que se retrotraería en el tiempo, llegaría antes de salir y cosas, así, cuanto mas rápido fuese, menos energía tendría, y mas tardaría en recorrer la distancia(en negativo, es decir entre la medida que llega y la que sale pasaría mas tiempo).
Interesantísimo el link, giputxi.
Hombre vamos a ver. Esta claro que Einstein mejoro la teoría de la gravedad de Newton, pero no la invalido (y es por ello que tu o cualquiera la estudia en secundaria como una ley universal e importante), es evidente que lo descubierto por newton es valido a niveles macroscopicos, y Einstein simplemente amplio ese concepto, no solo en términos de aplicación si no de sentido, el porque las cosas son como son, y porque la ley de la gravedad es la que es, que en el fondo es lo que busca la física, los primeros principios y las primeras causas.
Ahora bien, si hay algo que tuvo en cuenta Einstein (y en el fondo es lo primero que publico, con su teoría de la relatividad especial) es la constancia de la velocidad de la luz y la relatividad del espacio tiempo debido a este hecho, desde luego, y mas desde entonces, que una partícula elemental masiva supere la velocidad de la luz, no es algo que "no hubiera sido valorado o contemplado" es algo que rompe las leyes de la física que sostienen nuestra civilización, mas después de cientos de miles de mediciones de neutrinos, muones, y demás hadrones y leptones en laboratorios.
Personalmente, ya he dicho, esto es un experimento fallido, como lo fueron los tetraneutrinos, y cientos de experimentos con resultados igualmente sorprendentes y desconcertantes.
Eso es algo que, a pesar de sercomo muy básico, sigue resultando ininteligible para mí: me refiero a como la luz puede ser a la vez inmaterial (onda) y material (fotón). A ver si me explico, mi sentido común no lo puede asimilar, se que es verdad por que se de las experiencias en que se demuestra y tal, pero me veo obligado a creerlo como los cristianos creen en la Santísima Trinidad (a excepción de el Dios uno y trino no tiene un empirismo que le avale, claro).
No solo la luz, toda materia es dual, onda y partícula. Ser una partícula no conlleva tener masa, así como tener naturaleza ondulatoria no implica estar carente de ella.
De todas formas eso es mas la Teoria Cuantica que viene a ser la teoría que se opone por antonomasia al relativismo, a lo que me refería yo es que para acelerar una partícula con masa a la velocidad de la luz, y siguiendo la famosa formula de Eisntein de E=mc2 se necesita una energía infinita, porque al aproximarse a la velocidad de la luz el tiempo se contrae, y el espacio y la masa se expanden.
Lo que tu digas, dime que sabes de la teoría de la relatividad general?, que sabes de electrodinámica cuántica?.
Un cambio así de importante haría que la teoría de Einstein tuviera que ser repensada del todo, los muchos experimentos y resultados experimentales que la han validado no perderían su vigencia, pero no sobreviviría tal cual esta en los libros de texto.
Por eso si empezamos a considerar excepciones se nos funden los plomos. Primero, porque a ver cómo establecemos que algo irreal es real, que algo que no debe existir existe, y por ello es bastante más lógico que se metan otras cosas de por medio (seguramente lo que se descubra a raíz de este experimento sea otra cosa, y seguramente importantísima, pero que no tenga mucho que ver con un neutrino, y de ahí te mando al link de Giputxi). Segundo, porque a ver cómo establecemos qué límite es válido para decir "vale, esto es universal menos aquí". Que no es la ley de la gravedad que te vas un poco más afuera del centro terráqueo y no es igual: hablamos de algo que establece las reglas de todo.
Sigues sin enterarte, por seguir tu ejemplo, seria como si newton al proponer su teoría de la gravedad hiciera 100 experimentos de dejar caer una manzana, y en uno la manzana no solo no cayese si no que ascendiese hacia el cielo, evidentemente ese experimento, si lo repite y le vuelve a suceder hubiera invalidado su teoría, al menos como esta actualmente formulada.
Aparte de que partes de una cosa que... mmm...
No, no va de esto la ciencia, o no sólo se reduce a percibir y a ir. ¿Has echado un ojo al fascinante y muy didáctico "Una breve historia de casi todo" de Bill Bryson? Da para dar el pego en muchas conversaciones, y además es divertido y aprendes casi tanto como con La Bola de Cristal.