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.
¿Cómo es el experimento?
Ellos producen choques de partículas, que a su vez generan neutrinos, y lo hacen en cierto instante t1.
Luego viajan por el acelerador y llegan a un detector en un instante t2.
¿Es más o menos así la cosa?
Si es así como me lo imagino, entonces hay que sumar las incertidumbres y errores en las medidas de los instantes t1 y t2.
Y además, ¿cómo están seguros de que el neutrino que surgió en el instante t1 es el mismo que llega al instante t2?
Digo, ¿no es que hay que producir muchas colisiones para que se obtenga algún resultado?
Y entonces, se producirían muchos neutrinos, y ahí puede estar el error.
Pero estoy especulando demasiado en el aire, pues no sé cómo es el experimento.
Se agradecen precisiones.
Saludos
flaco anda a batirla a jupiter!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
Si, loco y luego pasá por titán y hacete un clavado.
A los locos del CERN no se les ocuurió pensar nada en eso, anda y corregiles el cañon de protones supatómico que apunte su tuje.
La verdad, hay que tener mucho huevo para salir a decir que algo es más rápido que la velocidad de la luz. Me imagino zombis en bata blanca abalanzándoseles con uñas y dientes para poder desmentir o ratificar el experimento.
saibaba, podemos pedir más explicaciones, si es que no entendimos el experimento, para informarnos más y aprender. Pero realmente creer que vamos a encontrar nosotros «dónde está el error» es muy gracioso. Claro, a los científicos del CERN se les olvidó calcular la incertidumbre de t1 y t2 y te lo digo con cariño eh!
Es una buena pregunta y la verdad que ni idea. Me imagino que algún método habrá para sincronizar la detección de neutrinos a colisiones individuales. Si te interesa, el paper está disponible en arxiv.org. Yo no pude entener siquiera el primer párrafo, pero quizás alguien con más paciencia y conocimiento pueda explicar un poco más.
Esta es otra ilustración de que, en efecto, lo que tiene que evaluar el lego es lo que dicen los expertos y creer que cualquiera de nosotros puede llegar a evaluar las evidencias a favor y en contra de esto es, como dice N3RI, muy gracioso.
Estamos de rodillas frente a la ciencia. Sólo los expertos pueden interpretar la realidad por nosotros?
Y sí, reconozco que he sido ingenuo.
Igual, tiene que ser una boludez.
Por ejemplo, pueden haber tomado mal la medida de la distancia entre el punto de emisiòn y el punto de detección.
O a lo mejor el problema sea el concepto de masa.
El tema de que no se puede traspasar la velocidad de la luz está ligado a que no se puede «acelerar» una masa m, debido a que se requiere mucha energía.
pero como los neutrinos son tan «transparentes», es que tienen masa muy pequeña, y quizás lo que haya que cuestionar sea el concepto de masa, y no la relatividad.
Una masa muy pequeña puede estar sujeta a leyes distintas que una masa digamos, de una nave espacial.
De todos modos, aún si fuera posible que ciertas partículas sean capaces de ir más rápido que la luz, no entiendo cómo han hecho esos neutrinos específicos para ir más rápido que la luz.
Si al generarlos iban a velocidad de la luz c, no imagino qué hizo que en el camino su velocidad creciera.
La única explicación es que ya partieron con velocidad mayor que c, y que las razones de esto están en lo que sea que ocurre al generar los neutrinos.
Un choque a alta energía genera un «fenómeno» en el que la energía cinética del neutrino que «nace» ahí no proviene de una «aceleración» de dicho neutrino.
Así que no estaría violando esta ley de aceleración de masas de Einstein, que son lo que impide superar la velocidad c.
Sin embargo, no me acuerdo si en las ecuaciones de energía relativistas, aún en ausencia de acelaraciones, era (es) posible o no que existan velocidades mayores que c.
Esas son las dos ideas que se me ocurren.
Estoy lejos de ser un experto, como verán, pero hay que pensar igual.
MMMMmmm… ¿Qué es esa actitud?
¿De verdad pensás así?
En todo caso, yo no.
Es una duda válida si solamente los expertos pueden entender la realidad y la mayoria de nosotros quedarnos con los espantosos titulares de los diarios, no?
Igual puse un guiño al final, depende de uno también dejar de ser un lego. Y existe esa libertad, por el momento, claro.
Aparte, cual sería la consecuencia más importante de semejante hallazgo?
No, por dios. Cualquier cosa menos los titulares de los diarios! Pero el punto es más o menos correcto, ¿tenés alguna otra alternativa? Porque si realmente querés hacer una verdadera crítica del experimento más allá del escepticismo razonable y a priori ante cualquier afirmación de semajante magnitud, te invito a leer el paper que publicó el equipo del OPERA y, ya que estás, explicarmelo.
Saibaba, son dudas razonables. Me parece que la relatividad dice que nada (con masa en reposo) puede viajar (por el espacio) más rápido que la luz. No importa la aceleración o no. De hecho, si una partícula viaja a una velocidad cercana a c pero pasa a un medio en el que la luz viaja a menor velocidad que la que viajaba esa partícula, ésta rápidamente pierde energía cinética (se frena) y la emite en forma de luz.
Daneel, lo que pasa es que cuando alguna vez leí la demostración de por qué no se podía traspasar la velocidad de la luz, en realidad lo que suponía era que tenía un objetivo masivo al cual se pretendía «empujar» para acelerarlo hasta alcanzar la velocidad de la luz.
El objeto se convertía en pura energía en el camino, y no podía acelerarse más.
Pero los postulados de la relatividad no presuponen nada de esto, y sólo suponen que la velocidad de la luz es una constante que no depende del observador (o sistema inercial de referencia).
Estuve leyendo el paper, y hay cosas que se entienden, y otras que no.
La parte del experimento está muy bien explicada,
y uno, sin saber todo lo que ellos saben de física, puede aún imaginar objeciones en las sucesivas etapas del experimento, pero he visto que ellos mismos se encargan de rebatir esas objeciones con números y ajustes bien precisos.
Por ejemplo, explican que los neutrinos son producidos a partir de un decaímientos de ciertos muones, y que este decaímiento se produce durante cierta etapa del viaje de las partículas, al atravesar no sé, creo que un tubo específico para esto.
Como sea, en esa etapa no se sabe el lugar o momento exactos en que los muones empiezan a ser neutrinos, y habría incertidumbre en el instante inicial, pero luego ellos explican las razones de por qué esto en realidad no supone un problema, y dan los numeritos de los errores estimados y todo lo que uno esperaría.
Así que tengo que dejar de lado las críticas «naive» sobre las medidas experimentales.
Aún así me queda la duda de si han tenido en cuenta la curvatura de la Tierra, ya que si la longitud del viaje es de 730km, no es lo mismo una trayectoria curva que una recta.
Digamos que no se equivocaron en esto tampoco.
Sólo queda rebatir los conocimientos actuales de la física.
No hace falta rebatir toda la teoría de relatividad, sino sólo la física de altas energías.
Además es sabido que entre relatividad y física cuántica hay ciertos huecos teóricos.
Como sea, imaginé que el problema podía ser la baja masa de los neutrinos, pero ahora que lo pienso, los fotones no tienen masa, y estas cosas no les suceden.
A lo mejor lo que está en juego es lo que ocurre con energías altas, después de todo la teoría de Einstein se formuló cuando estos experimentos no eran posibles, y sólo se podían saber cosas de la luz y la electricidad.
Digo, tendría que ser un pequeño ajuste.
Como experimentos anteriores con neutrinos no han revelado esas anomalías, no parece que sea el neutrino el culpable directo de lo que ocurre.
Otra pregunta que me hago es si al producir una alta energía en el experimento no se produce acaso un pequeño agujero de gusano que acorta la trayectoria del neutrino, sin que éste supere la velocidad de la luz.
Aunque con los esquemas que ví en el paper sobre cómo está construido el experimento, no veo dónde es que se producirían esos agujeros de gusano.
«Otra pregunta que me hago es si al producir una alta energía en el experimento no se produce acaso un pequeño agujero de gusano que acorta la trayectoria del neutrino, sin que éste supere la velocidad de la luz.»
Algo parecido ha dicho el director del CERN, Rolf Heuer, que puede ser posible que el espacio recorrido por los neutrinos sea distinto a la distancia que hay entre el CERN y OPERA.
¿Pero y vos qué sabés qué se les ocurrió y qué no?
Cuando descubran que el experimento está mal, seguro es por alguna pelotudez que ellos mismos hicieron en el experimento.
Y esa pelotudez no se les ocurrió, por más genios que sean los del CERN.
La pregunta es cuál es el error que cometieron.
jajaja saibaba, seriously? en serio podés pensar que no tuvieron en cuenta la curvatura de la Tierra? no puedo creer que digas eso en serio, decime que es joda.
Dieron una conferencia hace un rato, los mejores físicos del mundo los llenaron de preguntas para ver en qué le pifiaron (y digamos que les preguntaron cosas más complejas que si tuvieron en cuenta que la tierra no es plana) y todavía no encontraron nada. Las preguntas obviamente eran mucho más complejas y más que nada apuntaban a las máquinas y la tecnología que se usaba para hacer las mediciones; lo cual es lógico, teniendo en cuenta que cada uno de esos juguetitos es del tamaño de un edificio de 2 pisos. Además de que entre científicos, dudan más de la tecnología usada que de la capacidad de los experimentadores de hacer los cálculos teóricos sin olvidarse un «delta de t»
Por cierto, en la página del experimento OPERA hay un gráfico «para niños y gente naive» que muestra que sí, tuvieron en cuenta la curvatura de la tierra en sus cálculos: http://operaweb.lngs.infn.it/spip.php?rubrique41&lang=en
creeme, entre «digamos que tuvieron en cuenta la curvatura de la tierra» y «rebatir los conocimientos actuales de física» sí queda mucho. Pero es admirable que hayas leído y entendido el paper, tal vez tenés muchos más conocimientos en física (y física de partículas, y física de altas energías) de lo que yo estoy presumiendo. Y vuelvo a aclarar, te lo digo con cariño.
Andá a saber qué puede ser. Quizás es una cosa simple o quizás es compleja y técnica. En cualquier caso va a ser interesante.
Yo no creo que saibaba esté diciendo que sus planteamientos sean definitivos sino que nomás está señalando dudas y detalles que no dejan de ser interesantes. Phil Plait, por ejemplo, calculó si la diferencia en la velocidad de rotación (al estar en distintas latitudes) podría causar suficiente dilatación temporal para explicar el fenómeno. Parece que no :P.
«Because this is said to be a 6-sigma signal, their total error margin of the timing should be 10 nanoseconds (3 meters over c); recall that the distance is 732 km. I leave it to the reader to decide whether this accuracy is plausible given the messy birth and detection of the particles. One nanosecond is the duration of one cycle of your iPhone microprocessor, among other things. Ten nanoseconds is 40% of the lifetime of the charged pion or 80% of the lifetime of the charged kaon. I can kind of imagine that they’re doing something really silly, like imagining that each pion or kaon lives at least for the lifetime and then it dies. But some of them decay immediately; this error could erase most of the 60-nanosecond discrepancy.»
y…
«Of course, the claim is false although I can’t tell you exactly why because I wasn’t told any further details about the rumor, either. They have surely screwed the calculation of some timing in the multi-step process.
The claims about a superluminal neutrino have a long history. All those claims in the past seem to be impossible although people are usually unaware of the new evidence that identified the errors in the superluminal claims.»
Acá el resto: http://motls.blogspot.com/2011/09/italian-out-of-tune-superluminal.html
No lo digo yo sino un físico en partículas, el gran Lubos Motls 😉
Sí, Motls tan constructivo como siempre.
Jajaja! dale, andá y explicale vos! 😛
es que no tiene sentido el planteamiento, si el cálculo tiene un margen de error de 20cm, imaginen la enorme diferencia de velocidad que le hubiera dado no tener en cuenta la curvatura de la tierra, que le agregaría un buen puñado de kilómetros al cálculo. Por eso digo que es obvio que errores de ese tipo no pueden existir.
De hecho, si quieren, podríamos hacer el cálculo de qué velocidad da si lo calculás en la línea curva de la superficie de la tierra entre los dos puntos, a ver qué error da.
A diferencia de ustedes, yo no creo que se trate de una boludez, seguramente es algo más complicado que lo que nosotros podamos llegar a imaginar.
Para mi que salió antes del tiro
Bueno, justo en el paper está explicada esa parte, que es bastante «difusa», porque el punto de «largada» de los neutrinos en realidad se basa en un chorro de estadísticas y en un punto «desconocido» donde el muón decae en neutrino.
Pero explican ahí que, según ellos, todo eso está considerado, y que en realidad no es el problema.
A lo mejor depende de si la masa del neutrino es para horno o para freir.
XD XD XD
Nuevamente el gran Motls nos ilustra sobre cuales pueden ser los potenciales errores cometidos en el Opera:
http://motls.blogspot.com/2011/09/potential-mistakes-in-opera-research.html
Existe un libro de W.W. Norton, que se llama los 23 errores de Eistein. yo le agregaria tres mas, uno el reciente de la velocidad de la luz, y los otros dos se hallan contenidos en una de sus mas famosas frases que dice «dios no juega a los dados» bueno, no solo no hay dios alguno, sino que la mayoría de las teorias nos llevana afirmar que todo es una gran timba cosmica!
Canción «Vos sos un fotón» por estudiantes de física de Buenos Aires:
http://www.youtube.com/watch?v=fzDlOJpT-Vw
excelente aporte Daneel
me fascina la física fundamental, porque considero que la realidad es más asombrosa que la ficción.
cuando ví el título «Neutrinos más rápidos que la luz» me recordó de VSL – «variable light speed».
Por otra parte, escuché en The Guardian, una entrevista con Carlos Frenk,
cosmologo, que relató algunos problemas con el modelo «estándard». Una de las explicaciones propuestas es otra clase de neutrino.
salu2
carmen
Bueno, yo por tirar una idea a lo ciego, pienso en la hipótesis de que la física pueda cambiar sus leyes cuando se aplican energías altas.
Así como a velocidades altas hay que dejar de lado la física de Newton y empezar a usar la Relatividad, ¿por qué no puede ocurrir algo similar al pasar cierto umbral en el valor de al energía?
Pero bueno, es no más una idea. No seré quien intente escribir los cálculos de esto.
a ver si entiendo Estimado saiba:
decis que tal como las descripciones, principios, etc… de objetos de tamaño «normal» (e.g. bolas de billard) pierden relevancia a escalas sub-atómicas, ocurre lo mismo en escalas de energía sideral? eso?
salu2
carmen
Esto no es realmente así. No es que las leyes de la física cambian en el caso de altas velocidades, simplemente fuimos descubriendo cómo funcionan y creamos ecuaciones que corresponden con la realidad.
Es cierto que las ecuaciones de Newton no se pueden usar en velocidades altas, pero sí se pueden usar las ecuaciones relativistas a velocidades bajas… y te quedan exactamente las ecuaciones de la física clásica (simplemente hay que aceptar que el tiempo no es una invariante y la velocidad de la luz sí lo es). O sea, las ecuaciones de la física clásica son, simplemente, ecuaciones «simplificadas» de las otras… para pequeñas velocidades.
Es decir, la física clásica y relatividad son compatibles, no pasa lo mismo entre relatividad y física cuántica. Aunque ahí tampoco es que «cambien las leyes físicas», simplemente todavía no encontramos si hay relación y cuál es.
Moraleja: las leyes físicas no cambian. Punto. Lo que sí podría cambiar son las ecuaciones que vamos usando.
PD: saibaba, a pesar de lo que parezca de mis últimas intervenciones en el foro, te juro que no tengo nada en contra tuya, es mera casualidad. Ya habrá otras oportunidades en las que estaremos de acuerdo en lo que decimos =) ahora simplemente lo aclaré esto porque es común la confusión, de que las leyes físicas cambian al hablar de relatividad y vale la pena aclarar que no es así.
Bueno N3ri, estoy de acuerdo en que es como vos decís.
Sólo que me expresé mal.
Hay que cambiar el modelo que uno usa a altas velocidades, para que se ajuste mejor a la realidad, que a bajas velocidades, descartando algunos términos despreciables, coinciden prácticamente con las antiguas leyes de Newton.
Lo que intento decir es eso. Podría ser, quizá, que a altas energías uno tenga que definir una modelo físico que admita alguna variante distinta, pero que al bajar la magnitud de las energías coincida con las leyes que ya se conocen de la física.
Con eso de paso le contesto a Carmen.
La idea me viene por algún documental que alguna vez ví, en que decían o especulaban conque en el Big Bang o Inflación habrían ocurrido velocidades mayores que la de la luz.
Si eso es cierto, tiene relación con las altas energías que había en el instante del Big Bang.
Y siguiendo con la especulación, digo que a lo mejor se está llegando al umbral de energías en donde se empiezan a notar estas diferencias.
la «constante» c de la velocidad de la luz podría depender de ciertos niveles de energía.
Me los imagino «a saltos», o sea, hasta cierta cantidad de energía (X pitufillones de MeV) la constante c es la que conocemos, luego en otro rango de energías la constante aumenta a una cantidad algo mayor, y así sucesivamente.
Son demasiadas especulaciones ya, porque no sólo digo que la velocidad aumenta con la energía, sino que lo hace «de a saltos».
Pero esto último lo digo porque pienso que si la velocidad c aumentara en forma «continua» ya se hubiera notado al aplicar energías menores, y en cambio siempre es constante.
Son especulaciones de aficionado, porque nunca estudié las cuentas y teoría de estas cosas.
——
P.D.: N3ri, todo bien, no te hagás problema.
Carmen, sólo especulo que la constante c de la velocidad de la luz no es en realidad tan constante, sino que depende de la energía.
De tanto decirlo voy a terminar creyendo que es cierto, jeje.
No estoy diciendo que las demás cosas pierdan relevancia sólo por aplicar altas energías, sino que puede haber lugar para jugar con los valores y leyes actualmente aceptadas.
Un ejemplo es lo de la constante cosmológica, que después se empezó a especular conque no era una «constante» sino que con el tiempo había cambiado. ¡Una constante variable! Cosa de locos.
Bueno, algo así, no muy arriesgado ni muy lejos de lo conocido.
Pero hay tantas posibilidades en la vida…