22Sep/1153

Neutrinos más rápidos que la luz

En este blog varias veces hablamos de relatividad y de su naturaleza absoluta: nada viaja más rápido que la luz. También coqueteamos un poco con algunas maneras de violar este principio e incluso usamos el concepto de viaje superlumínico para introducir conceptos de la teoría de grafos. Pero hoy, mientras escribo, se está desarrollando una noticia interesante que tiene que ver con todo eso. Científicos quizás hayan descubierto neutrinos superando la velocidad de la luz. Dado que esto es un tema candente del momento, decidí escribir una entrada tan rápido como pude... más rápido que la luz podría decirse.

Los neutrinos son partículas subatómicas minúsculas casi sin masa que viajan casi a la velocidad de la luz. Se producen en el interior de las estrellas y, más relevante para este post, al colisionar partículas a altísimas energías. Como prácticamente no interactúan con la materia pueden pasar a través de la Tierra tranquilamente; de hecho, virtualmente no hay diferencia en la cantidad de neutrinos que pasan por nuestros ojos entre la noche y el día. Pero que interactúen poco con la materia no quiere decir que no puedan detectarse. Son tantos los neutrinos que si se tiene suficiente cantidad de materia, eventualmente algún neutrino se va a detectar.

En el macizo montañoso del Gran Sasso, en Italia, hay uno de estos detectores. El OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus – sí, a los científicos les gusta los acrónimos) es un conjunto de 150 mil “ladrillos” de emulsión fotográfica y plomo con una masa total de 1.800 toneladas y se encuentra a sólo 730 km (medido con una exactitud de 20 cm) de una buena fuente de neutrinos: el CERN en la frontera Franco-Suiza. Hoy, luego de 3 años y unas 16.000 detecciones, el equipo de 160 personas anunció un descubrimiento tan asombroso como dudoso. Midiendo el tiempo en que tardaban los neutrinos en viajar desde el acelerador de partículas hasta el detector encontraron que llegaban unos 60 nanosegundos antes de lo que cabría esperar si éstos viajaran a la velocidad de la luz.

Ahora, para la señora que está leyendo esto mientras barre la vereda le parecerá que 60 nanosegundos es muy poca diferencia y se cuestionará si el equipamiento es suficientemente sensible para detectarlo. Según los investigadores del OPERA, el error sería de sólo 10 nanosegundos, dejando amplio margen para la detección. No sólo eso, sino que se trata de un resultado de 6 desviaciones estándar sobre la media,  un resultado que en física teórica es casi seguramente correcto.

Pero este resultado no está libre de sospechas. La máxima de que las afirmaciones extraordinarias requieren pruebas extraordinarias vale acá más que nunca y pocas proposiciones son tan extraordinarias como la idea de tirar a la basura uno de los principios fundamentales de la física. El propio portavoz del equipo, Antonio Ereditato admite que esta medición no es suficiente para refutar la relatividad.

A pesar de que muchos mantengan un sano escepticismo, la comunidad de físicos parece estar más que interesada en estos resultados. No es todos los días que un experimento bien controlado y no realizado en el sótano de la madre de algún delirante (aunque el OPERA sí se encuentra a 1.400m debajo del suelo) contradice algo tan fundamental. John Ellis, físico teórico en CERN dice en un artículo en Nature que ya han habido muchos experimentos que afirmaban algo similar y que ninguno terminó siendo cierto.

Pero claro que hay algunos detalles. Tal diferencia entre la velocidad de los neutrinos y la de la luz significaría que el OPERA debería haber detectado neutrinos procedente de supernovas lejanas años antes de que nos llegara la luz de la explosión. Sin embargo tal disparidad nunca ha sido observada. Phil Plait sostiene que este argumento no es tan sólido como parece ya que es muy probable que los neutrinos producidos en las supernovas a cientos de miles miles de años luz tengan diferentes energías que los creados por un colisionador de partículas a unos pocos kilómetros.

La mayoría de las afirmaciones extraordinarias en ciencia terminan siendo incorrectas. Es más probable que haya algún error sistemático en el experimento a que realmente se haya quebrado uno de los pilares de la física moderna. Pero sea como sea, esta noticia es más que interesante. Si resultara ser correcta significaría una revolución en la física digna de un Premio Nobel; y si resultara ser falsa, es una ilustración más del proceso autocorrectivo de la ciencia y de que, lejos de ser dogmáticos y aferrados a la “ciencia oficial”, los científicos están al acecho de nuevas teorías y nuevas ideas.

Comentarios (53) Trackbacks (2)
  1. Eso de la idea de un nuevo tipo de neutrino es interesante, pero no entiendo por qué un nuevo tipo de partícula tendría permitido ir más rápido que la luz.

    Una partícula masiva me parece que está sujeta a las mismas leyes que las otras, por más exótica y energética que sea.

    Así que le sigo achacando la culpa a la magnitud de la energía empleada (eso sin pensar en el error humano, que todavía anda flotando como fantasma por ahí).

    Ya tiré una idea de que la velocidad de luz (o de ciertas partículas, no necesariamente la luz) podría aumentar con una energía alta.
    Antes había especulado conque una alta energía tal vez abra pequeños agujeros de gusano y eso acorte la distancia recorrida por el neutrino, sin violar la velocidad de la luz.
    Y otra cosa que se me ocurre es que en realidad el espacio mismo, o el vacío, “pierde contacto” parcialmente cuando se aplica una alta energía, y entonces al neutrino le resulta más fácil atravesarlo, y de nuevo se acortaría la distancia recorrida.

    Tenemos la idea de que el espacio es una malla fija que “sí o sí” hay que atravesar de lado a lado, centímentro a centímetro.
    Pero si te imaginás al espacio como un “fluido sutil”, a lo mejor podrías cruzarlo rápidamente si el “roce” con ese fluido se reduce.

    Me imagino una analogía como esta: Cuando tirás una piedra al agua, le cuesta atravesarla o recorrer la superficie. Pero cuando la tirás de forma adecuada y rápidamente, va de a saltos haciendo un “sapito” y llega mucho más lejos, pues se las arregló para disminuir el contacto con el agua.

    Si el neutrino hace “sapitos” con el “vacío”, entonces la distancia efectiva recorrida es menor, y llega antes, aunque la rapidez intrínseca que lleve siga siendo “c”.

    —————–

    Voy a tener que empezar a estudiar física en serio, porque si no así, me van a “excomulgar” de la iglesia escéptica.

  2. saiba, perfectamente entendible. Tampoco soy cientifica, pero intento entender algunas ideas claves, viendo documentales, leyendo libros, escuchando discuros, etc…

    Reitero: la realidad es mas asombrosa que la ficcion

    salu2
    carmen

  3. Habría que esperar que traten de replicar los resultados del experimento. Un solo experimento sin corrobaración no tiene gran valor en ciencia. Y tampoco estaría de más que se revisaran minuciosamente las condiciones en que se llevo a cabo, incluso invitar a equipos independientes de investigadores a las instalaciones donde se tomaron las mediciones.

    Pero incluso si se comprobarab los resultados, no me queda claro que tanto podrian contradecir la teoría de la relatividad. De hecho la relatividad espacial no prohibe las velocidades superiores a la de la luz. Lo que prohibe es que se supere la velocidad de la luz desde una velocidad menor a c. Se han propuesto teorías de la existencia de taquiones (particulas que se mueven a velocidades mayores a c, totalmente consistentes con la relatividad.

  4. claro saibaba y carmen, sabiendo las cuentas muchas de esas preguntas “what if?” se contestan automáticamente. Entonces la especulación no es ilimitada, como en el caso de acá que sólo la detiene la capacidad de saibaba de imaginar cosas =)
    Ojo, los científicos hacen lo mismo, sobre todo en el campo de la física teórica, se la pasan imaginando “qué pasaría si…?” pero luego van a las ecuaciones y generalmente obtienen respuestas de por qué no se podría tal o cual cosa, o si algo fuera variable en vez de inmutable, qué otra cosa contradiría (wow no puedo creer que escribí esa palabra de una sin dudarla je).

    saibaba, no entendí bien a qué te referís con lo de energías más altas, pero imagino que debe haber muchos otros experimentos en los que se jugó con energía más alta que este experimento con neutrinos, por lo que eso descartaría la idea de “a energías altas, cambian las ecuaciones”. Si querés busco qué energías estuvieron involucradas en este experimento y si hay otros en las que intervienen energías mayores, que seguro habrá.

  5. 1-brana dijo:

    Pero incluso si se comprobarab los resultados, no me queda claro que tanto podrian contradecir la teoría de la relatividad. De hecho la relatividad espacial no prohibe las velocidades superiores a la de la luz. Lo que prohibe es que se supere la velocidad de la luz desde una velocidad menor a c.

    En esto coincido.
    Siempre me pareció que la relatividad dice sólo eso, que no se puede empezar de una velocidad menor que c y luego intentar rebasarla, pues la energía necesaria se vuelve infinita, y es inaplicable.

    Pero si algo “ya viene” o “surge” de entrada con velocidades mayores que c, ¿en qué contradice la relatividad?

    Después de todo Einstein sólo supuso que c es “constante”, no que es “máxima”.

    N3RI dijo:

    saibaba, no entendí bien a qué te referís con lo de energías más altas, pero imagino que debe haber muchos otros experimentos en los que se jugó con energía más alta que este experimento con neutrinos, por lo que eso descartaría la idea de “a energías altas, cambian las ecuaciones”.

    En realidad yo también tuve la misma duda.
    No sé por qué supuse que estaban jugando con energías más altas que en otros experimentos anteriores.
    Así que habría que prenderle fuego a las ideas que largué.

    En todo caso, si realmente se traspasó la velocidad c, no queda más remedio que afirmar que se debe a una combinación de varios factores, entre ellos el valor de energía empleado. ¿Y los demás factores relevantes? Ehhh… mmmm… no sé.

    ————-

    No obstante, la “velocidad” uno la define como “espacio recorrido sobre tiempo empleado”.
    Depende de los conceptos que tenemos de espacio y tiempo.

  6. 1-brana dijo:
    Habría que esperar que traten de replicar los resultados del experimento. Un solo experimento sin corrobaración no tiene gran valor en ciencia. Y tampoco estaría de más que se revisaran minuciosamente las condiciones en que se llevo a cabo, incluso invitar a equipos independientes de investigadores a las instalaciones donde se tomaron las mediciones.
    Pero incluso si se comprobarab los resultados, no me queda claro que tanto podrian contradecir la teoría de la relatividad. De hecho la relatividad espacial no prohibe las velocidades superiores a la de la luz. Lo que prohibe es que se supere la velocidad de la luz desde una velocidad menor a c. Se han propuesto teorías de la existencia de taquiones (particulas que se mueven a velocidades mayores a c, totalmente consistentes con la relatividad.

    Me juego que seguirán la pista.
    Fijate que la física newtoniana pierde relevancia en algunas situaciónes, etc… Bárbaro, la física de einstein resultó más aplicable a tales situaciones.
    Gente, se me ocurre que podría descubrirse una situación especial, en la cual la física de Einstein pierde relevancia (de la misma manera que la física newtoniana en otras situaciones). De ser así, no creo que el trabajo de Einstein va al tacho: tal como el trabajo de Newton sigue valiendo para muchas situaciones, el trabajo de Einstein seguiría valiendo para otras situaciones. Y para la nueva situacion en que no vale el trabajo de Einstein, habría que seguir investigando, teorizando, contrastando experimentalmente, etc…
    No sé vos, pero estos descubrimientos me fascinan…

    salu2
    carmen

    “El respeto irreflexivo por la autoridad es el mayor enemigo de la veracidad.”

    Albert Einstein

  7. Carmen dijo:
    Me juego que seguirán la pista.

    Fijate que la física newtoniana pierde relevancia en algunas situaciónes, etc… Bárbaro, la física de einstein resultó más aplicable a tales situaciones.

    Gente, se me ocurre que podría descubrirse una situación especial, en la cual la física de Einstein pierde relevancia (de la misma manera que la física newtoniana en otras situaciones). De ser así, no creo que el trabajo de Einstein va al tacho: tal como el trabajo de Newton sigue valiendo para muchas situaciones, el trabajo de Einstein seguiría valiendo para otras situaciones. Y para la nueva situacion en que no vale el trabajo de Einstein, habría que seguir investigando, teorizando, contrastando experimentalmente, etc…

    No sé vos, pero estos descubrimientos me fascinan…

    salu2
    carmen

    Si, así es. De hecho muchos investigadores ya están buscando nuevas teorías en física que sustituyan a los modelos vigentes. Por ejemplo, todavía no se ha encontrado una teoría que abarque casos en los que intervengan tanto la mécanica cuántica como la relatividad general (big bang, hoyos negros, etc.). Y esto no tiene nada de extraño. Es una de las caracteristicas de la ciencia el ser autocorregible.

    Aunque en el caso de los neutrinos superluminicos, todavía me quedan dudas. Antes de hablar de sustituir los modelos vigentes habría que demostrar que no fueron los experimentos los que fallaron.

  8. 1-brana dijo:
    Aunque en el caso de los neutrinos superluminicos, todavía me quedan dudas. Antes de hablar de sustituir los modelos vigentes habría que demostrar que no fueron los experimentos los que fallaron.

    lo que escuché es que la discrepancia es poca (aprox 2,5% superior), pero no lo saben explicar, por eso, solicitan ayuda. (admirable la transparencia, no?) Confío que con mejor relojería, se puede ingeniar un experimento -con mejor relojería – para esclarecer un poco.
    Brana, podría resultar que se refute la discrepancia – medían mal, que algún detalle técnico que se les escapó… o bien si supera la prueba experimental, implica replantear… Definitivamente, para hacer un seguimiento…

    salu2
    carmen

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    Albert Einstein

  9. como seguimiento del tema
    http://www.bbc.co.uk/mundo/noticias/2011/11/111118_neutrino_cern_luz_mr.shtml
    en castellano!
    salu2

    “El respeto irreflexivo por la autoridad es el mayor enemigo de la veracidad.”

    Albert Einstein

  10. Recuperando el tema de la detección de neutrinos superluminicos, el sitio de la revista Science informa que los resultados pudieron deberse a un error del instrumento.

    http://news.sciencemag.org/scienceinsider/2012/02/breaking-news-error-undoes-faster.html

  11. Otra noticia relacionada con el tema: se midió la velocidad de los neutrinos y se encontró que no supera la de la luz.

    ScienceDaily (Mar. 16, 2012) — The ICARUS experiment at the Italian Gran Sasso laboratory has reported a new measurement of the time of flight of neutrinos from CERN to Gran Sasso. The ICARUS measurement, using last year’s short pulsed beam from CERN, indicates that the neutrinos do not exceed the speed of light on their journey between the two laboratories. This is at odds with the initial measurement reported by OPERA last September.

    http://www.sciencedaily.com/releases/2012/03/120316204743.htm

    Con esto ya hay dos objeciones graves al experimento de OPERA: la detección de fuentes de error y la falta de reproducibilidad.

  12. Quiero recordar los datos.

    Segun Caren Hagner (líder de la sección alemana del proyecto OPERA):

    http://amazings.es/2012/02/27/entrevista-a-caren-hagner-el-error-de-opera-en-los-neutrinos-superluminimos/

    El ultimo metro de fibra óptica, según se subía o bajaba, metía hasta 100 nanosegundos de retraso.

    Solo espero que en este blog se pueda calcular.

    Soy Ingeniero Superior en Telecomunicaciones por la UPM, llevo mas de 22 años en Laboratorio en Multinacionales, y conozco perfectamente las capas medias y de alto nivel de los protocolos de comunicaciones.

    Es IMPOSIBLE que en 3 años no lo hubieran detectado.

    Mas aún, conozco los dispositivos fotónicos de emisión/recepción, se que pueden meter del orden de picosegundos de retardo, JAMAS 60 nanosegundos.

    Pero lo peor, a nivel estrictamente físico, los retardos introducidos por deformación de un conector (Estructura pasiva de unos 2 centímetros), de un metro de fibra óptica (Lo que dice la Sra, Caren), pueden introducir entre 50 y 80 picosegundos.

    JAMAS, 60.000 picosegundos (60 nanosegundos).

    Solo puedo decir que es mentira, y me gustaría que en este blog, se permitiera el calculo libre de estos datos.

    En otros blogs (Como http://francisthemulenews.wordpress.com/ ) llevan 20 días sin calcular nada .

    Se les pidió en :
    http://francisthemulenews.wordpress.com/2012/02/29/que-puede-haber-pasado-con-el-cable-de-fibra-optica-en-opera/#comment-16487.

    No solo no han contestado, sino que han llenado de insultos tipo ‘magufo’, y finalmente, han bloqueado el acceso y borrado todo planteamiento de calculo.

    ————————————————————————–

    Un conector de fibra óptica , como mucho, es de unos 2 centímetros de largo.

    Si la fibra óptica se aleja 2 centímetros , como mucho, y aun así sigue el enlace digital (Lo que es mucho suponer), el incremento de retardo por esos 2 centímetros, con un indice de refracción de 1.2 del aire a presión atmosférica a ras de suelo, es de:

    Distancia / (Velocidad de la luz/ Indice de refracción) = 0.02/(3e+8/1.2) = 80 picosegundos

    80 picosegundos , en esas extremas circunstancias, es el máximo tiempo que un cable óptico mal conectado puede añadir al camino óptico.

    80 picosegundos son 0.08 nanosegundo.

    JAMAS un conector de fibra óptica mal conectado, añade 60 nanosegundos.

    Saludos.

    Están mintiendo, y lo saben.

    • El retardo no necesariamente tiene que ver con un aumento en el trayecto. Un mal contacto puede producir fallos en la conexión; el software lo reconoce y repite la señal, lo que requiere más tiempo. Además, según lo que dicen en OPERA, el problema no es la distancia sino la orientación. Y no dijeron que tienen certeza de que este haya sido el problema, sino que es una potencial fuente de incertidumbre.
      Me alegro de que estés tan seguro de que es “IMPOSIBLE” que no hubieran detectado ese problema. Bien por ti.

      La realidad es que hubo dos potenciales problemas descubiertos en el OPERA con sus efectos afectando el experimento en direcciones contrarias:

      No se sabe exactamente cómo afecta esto al experimento por lo que el equipo de OPERA va a rehacer el experimento con estas modificaciones. Si el efecto desaparece, podemos concluir que el problema estaba ahí, si sigue en pie, habrá que seguir buscando. Y podemos estar bastante seguros de que hay algo mal porque los chicos del ICARUS (otro detector en Gran Saso) replicaron el experimento y obtuvieron resultados inconsistentes:

      (fuente: http://arxiv.org/vc/arxiv/papers/1203/1203.3433v1.pdf sacado de http://scienceblogs.com/startswithabang/2012/03/the_fat_lady_sings_for_opera.php)

      • >”El retardo no necesariamente tiene que ver con un aumento en el trayecto. Un mal contacto puede producir fallos en la conexión; el software lo reconoce y repite la señal, lo que requiere más tiempo.”

        El Sw que hace eso es el que supervisa el enlace.

        Para enviar tramas de informacion, se aceptan sin tirar el enlace.

        Para enviar tramas de marcado de tiempo, no lo acepta.

        Tira el enlace, o avisa a traves de las tramas de informacion.

        No es tan fácil Dannel.

        Inclinar un enlace optico frente a una fibra, disminuye potencia, aumenta Bit Error Rate, y las trams de supervision (Un 1% del total de tramas), lo detectan y avisan.

        Recuerda que el nucleo de una fibra son unas 1.4 micras (Monomodo, tipica hoy dia, y precisa para gran precision de tiempos, justo lo preciso aqui, por no tener dispersión modal).

        Dannel, he calculado incluso estimaciones de retardo por torsion del ultimo metro de fibra (Como dice Caren Hagner).

        Picosegundos, no 100.000 picosegundos, como dice esta mujer.

        >Me alegro de que estés tan seguro de que es “IMPOSIBLE” que no hubieran detectado ese >problema. Bien por ti.

        ¿Es posible en una caja de zapatos de 30 centimetros de longitud maxima, por muy deformada que este, hacer dos agujeros y que en uno se hable, y en otro agujero, la voz llegue 4 segundos despues?.

        Esto es Dannel.

        • ¿Acaso vos tenés información de primera mano de cómo está hecho el setup del OPERA? Es una muestra de infinita arrogancia lo tuyo. Estás haciendo cálculos teóricos sin siquiera saber cómo realmente es el hardware y emitiendo afirmaciones absolutas.
          Los del OPERA dicen no saber cuánto podría afectar ese error (ni el otro); si las personas que trabajan con el equipamiento no saben… menos aún podemos saberlo yo o vos.

          • Dannel, mientras te escribo tengo a mi izquierda una HUCUUP, unidad de comunicaciones ópticas con 4 conectores a fibra.

            Es un viejo desarrollo de mi antigua empresa, Alcatel.

            Dannel, no hay conectores de fibra óptica de 20 metros de grandes (Esos si podrían introducir 60 nanosegundos, calcula 60e-9 · 3e+8).

            No es una cuestion de soberbia, es de simple tamaño.

            ¿Puede una caja de carton de 30 centímetros, por mucho que la deformes, la fabrique quien la fabrique con el tipo de carton que sea, introducir un retardo al sonido, de 4 segundos?.

            Si quieres, empezaremos haciendo el calculo básico, retardo añadido por alejar una distancia (Máxima, 2 centímetros, y somos muy generosos en eso) la terminación de la fibra, de su receptor.

            Con números, todo se ve mejor.

            Te dejo que hagas , si quieres, sino lo hare yo, el problema, ya planteado, en ese sitio:

            http://francisthemulenews.wordpress.com/2012/02/29/que-puede-haber-pasado-con-el-cable-de-fibra-optica-en-opera/#comment-16487

            Saludos.

  13. Lo extraordinariamente dudoso es que la velocidad de la luz en el vacío, hasta ahora medida, sea la máxima y la única, y lo asombroso es que semejante absurdo se haya establecido, ¡y defendido devotamente!. No hay muchos escépticos parece. El escepticismo bien entendido debe aplicarse a los conceptos tenidos por verdaderos, de otra manera somos conservadores y dogmáticos, ¿nadie se da cuenta que la velocidad de luz en el vacío hasta ahora medida siempre provino de elementos en reposo respecto al dispositivo de medición? ¿qué nunca se midió la velocidad de la luz desde una fuente en movimiento y sin ningún tipo de interferencias? ¿que si el principio de constancia fuera verdadero, dos haces de luz provenientes de fuentes en diferente estado de movimiento deberían recorrer la misma distancia en un mismo tiempo?

  14. De nuevo se anuncian resultados que contradicen el resultado original de OPERA. Cuatro experimentos diferentes (Borexino, ICARUS, LVD y el mismo OPERA) prueban que los neutrinos no viajan más rápido que la luz:
    http://www.eluniversal.com.mx/articulos/71279.html
    ¿Asunto zanjado?


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