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sábado, 1 de octubre de 2011

Neutrinos superlumínicos

Experimento OPERA-CNGS. Nótese que el haz de neutrinos atraviesa la corteza terrestre en su viaje al detector situado bajo el Gran Sasso
Hace unos días un numeroso grupo de científicos, cerca de 120 que trabajan en el experimento OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) -lo que ya es sumamente raro porque las comunicaciones suelen estar firmadas, como mucho, por media docena de investigadores- pusieron sus nombres en una comunicación por un medio no tradicional, aunque utilizado por los científicos de manera habitual para comunicaciones breves sin la mediación de árbitros. Se trata del sitio web arXiv.org. La comunicación, dice así:
arXiv:1109.4897v1
High Energy Physics - Experiment
Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam

(Siguen las 120 firmas)
(Submitted on 22 Sep 2011)

The OPERA neutrino experiment at the underground Gran Sasso Laboratory has measured the velocity of neutrinos from the CERN CNGS beam over a baseline of about 730 km with much higher accuracy than previous studies conducted with accelerator neutrinos. The measurement is based on high-statistics data taken by OPERA in the years 2009, 2010 and 2011. Dedicated upgrades of the CNGS timing system and of the OPERA detector, as well as a high precision geodesy campaign for the measurement of the neutrino baseline, allowed reaching comparable systematic and statistical accuracies. An early arrival time of CNGS muon neutrinos with respect to the one computed assuming the speed of light in vacuum of (60.7 \pm 6.9 (stat.) \pm 7.4 (sys.)) ns was measured. This anomaly corresponds to a relative difference of the muon neutrino velocity with respect to the speed of light (v-c)/c = (2.48 \pm 0.28 (stat.) \pm 0.30 (sys.)) \times 10-5.

Traduciré solo la parte más relevante  a los objetivos del post (en negrita en el original):

Experimento - Física de Altas Energías
Medición de la velocidad de los neutrinos del haz CGNS mediante el detector OPERA

(Notas:
OPERA son las siglas en inglés de Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus que vendría a significar algo así como Oscilación con un aparato con emulsión de rastreo. (Hace referencia al aparato de detección). Más aquí
CNGS son las siglas en inglés de CERN Neutrinos to Gran Sasso, que significa Neutrinos del CERN que llegan al Gran Sasso.)

"Se detectó un tiempo de viaje de los neutinos CGNS menor del esperado.
Esta anomalía corresponde a una diferencia relativa de la velocidad del
(muón) neutrino con respecto a la velocidad de la luz de (v-c)/c= 2,48 x 10(-5)" (Lo que equivale a un excedente en la velocidad medida del haz de neutrinos respecto de la velocidad de la luz en el vacío de 1 parte en 40000 aproximadamente.)

Detector de neutrinos del OPERA
La importancia de esta comunicación radica en que en ella se afirma haber detectado y medido con un margen de error de 10 nanosegundos, la velocidad de los neutrinos emitidos en el gran acelerador del CERN ubicado en Suiza y recogidos luego de recorrer los 720 kilómetros -atravesando la corteza terrestre- que separa a este laboratorio del similar situado en el Gran Sasso (Italia Central). La luz tarda 2,43 milisegundos en recorrer, en el vacío, los 732 Km que separan a ambos laboratorios.
La noticia es que estos neutrinos al parecer realizaron su viaje a mayor velocidad que la de la luz y adelantándose a ella en 60 nanosegundos, esto es, 0.00000006 segundos. La cifra puede parecer pequeña pero sus consecuencias, de ser correcta esta observación, son inconmensurables.

Un pilar de la física actual es la teoría de la relatividad restringida de Einstein que establece como postulado que nada que tenga masa puede desplazarse a la velocidad de la luz y desde luego nunca podrá superarla pues ello requeriría de un gasto infinito de energía.
La razón es que, según la teoría de Einstein, cuando se incrementa la velocidad de un objeto con masa (ciertamente esto es observable a velocidades muy grandes), su masa también se incrementa en relación a su masa en reposo proporcionalmente al incremento de velocidad, por lo cual, la energía necesaria para que aumente su velocidad va creciendo según crece la masa y así hasta que para alcanzar la velocidad de la luz la energía necesaria sería infinita (cosa absurda más que imposible). Algo así como que el burro y el carro que éste tira se hiciesen más pesados a medida que el burro aumenta su velocidad, por lo que el pobre burro a cada aumento de la velocidad que logra necesita hacer mucho más fuerza.

Los neutrinos, aunque se acepta que existen e incluso que tienen masa, son tremendamente evasivos y difíciles de detectar. Continuamente la Tierra toda es atravesada por millones de millones de estas partículas cuyo origen es cósmico sin que siquiera lo notemos.

La luz, en cambio, está compuesta por otro tipo de partículas llamadas fotones que carecen de masa y en consecuencia se mueven siempre a la velocidad de la luz, si bien esta velocidad varía ligeramente según el medio que es atravesado por ella (el valor de referencia, es su velocidad en el vacío).
Dicho en otras palabras, como se suele decir con frecuencia, la velocidad de la luz, según la teoría de la relatividad restringida, es un límite para cualquier cuerpo material del universo no pudiendo nunca ser superada.

De modo que la velocidad warp (superlumínica) de la nave Enterprise debe requerir de otra física aún por descubrirse distinta de la actualmente conocida.

Este tema involucra además un aspecto espinoso desde el punto de vista filosófico que es la causalidad.
La constancia de la velocidad de la luz, que se cumple, según Einstein, en todo el universo y de manera independiente de como se muevan relativamente sus partes, permite la sincronización de los relojes y, en consecuencia, establecer las nociones de "antes" y "despues" para un determinado observador.
De ser cierto que existen estos pequeños émulos de la nave del capitán Kirk ocurriría que, por ejemplo, los neutrinos emitidos en la explosión de una supernova nos permitirían tener noticias de ésta varios años antes  de que efectivamente ocurra.

Si el hecho observado en el experimento OPERA fuese confirmado, este postulado, el de la constancia de la velocidad de la luz, perdería su carácter universal, o, en otras palabras, la velocidad de la luz, c, dejaría de ser una constante universal.

Puede que a muchos, sino a casi todos los humanos, esto no le signifique ninguna pérdida pero para los físicos es una verdadera tragedia ya que en la mayoría de las ecuaciones que ellos emplean para describir tan bien y con tanta precisión el mundo físico aparece omnipresente esta constante c.

Y aquí viene el problema, supongamos que el hecho es confirmado por mediciones independientes. ¿Significa esto que la afirmación "los neutrinos bajo ciertas condiciones se mueven más rápido que la luz", es un hecho científico?.

Ciertamente la respuesta es no, por lo menos en el sentido pleno que tiene la calificación de "hecho científico". No es un hecho científico como lo son para la astronomía los eclipses. Es decir un fenómeno que es explicado por una teoría existente y aceptada por una comunidad de especialistas.

En este caso estaríamos ante la presencia ciertamente de "un hecho", no de un error, pero cuya naturaleza es inexplicada, es decir de un hecho anómalo, algo sorprendente e inesperado. Como bien lo indican los propios investigadores en su comunicación.

Transformarlo de anómalo en normal, como los eclipses, requiere de una teoría que lo explique. Y esta teoría hoy no existe en este caso.

En realidad esto puede ser molesto quizás para algunos científicos y decidirán apartarlo de su mente y dedicarse a otros menesteres. Para otros, por el contrario, significará la oportunidad de sus vidas, si pueden situar este hecho anómalo, junto claro, con otros que apunten en igual dirección, dentro de un andamiaje teórico que los explique y les de el sentido del cual hoy carecen.

La mayoría de los especialistas se muestran escépticos con respecto al experimento CNGS. Su opinión se puede resumir con el lema que afirma que las grandes novedades requieren, antes de ser tomadas en serio, de grandes confirmaciones.

bastadeodio                                                       

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