Un túnel en los Andes para explorar el Cosmos

Xavier Bertou, junto a un acelerador de partículas en Bariloche.|EL MUNDO.ES

Las estructuras que más asociamos con el estudio del Cosmos son los observatorios astronómicos, ubicados en la cima de las montañas donde la atmósfera es transparente. Pero a la hora de estudiar los fenómenos más evasivos del espacio que nos rodea, los investigadores deben descender a las profundidades de la Tierra.

La comunidad científica pretende aprovechar la construcción de un túnel a través de los Andes, para establecer el primer laboratorio subterráneo del Hemisferio Sur. El propósito de los investigadores que conforman el Consorcio Latinoamericano de Experimentos Subterráneos (CLES), es avanzar en la solución de dos de los mayores enigmas de Universo: la composición de la materia oscura y las propiedades de los neutrinos.

El túnel de Agua Negra, de 14 kilómetros de longitud, es un proyecto de los gobiernos de Argentina, Brasil y Chile para comunicar la costa del Atlántico con la del Pacífico por medio de la así llamada carretera bioceánica. Su construcción, correspondiente al objetivo de integrar las economías de la región, comenzaría a mediados del 2012. Tras ser aprobada en el 2010, sus promotores repararon en que podría tener otros usos, aparte de la circulación de vehículos.

Fue así como nació la idea de crear el laboratorio ANDES (siglas en inglés de Agua Negra Deep Experimental Site) como elemento adicional, en la parte más profunda del túnel. Vale decir a 1.700 metros bajo la superficie.

Xavier Bertou, coordinador del programa en que participan científicos de los tres países mencionados, explicó a ELMUNDO.es que gran parte de los estudios de la materia oscura y de los neutrinos sólo se pueden realizar a tales profundidades para evitar la interferencia de los rayos cósmicos que permanentemente caen sobre la Tierra.

Provenientes del Sol, de explosiones de supernovas o de agujeros negros situados en el centro de remotas galaxias, unos 15 millones de partículas impactan cada metro cuadrado en un solo día. Pero una ínfima parte de esa radiación podría atravesar el manto rocoso, con lo cual el estudio de partículas con interacciones tan débiles como los neutrinos o de un "elemento fantasma" como es la materia oscura, se llevaría a cabo sin el estorbo de "ruidos" ajenos a los experimentos.

Comprobación de experimentos

Bertou, físico del Observatorio de Rayos Cósmicos Pierre Augel (Argentina) afirma que uno de las tareas del equipo será blindar los experimentos que se realicen por medio del acelerador de partículas, del ruido de los vehículos que transiten por el túnel.

Los científicos creen que la materia oscura conforma cerca del 85% de nuestro Universo y más del 90% si se le suma la energía oscura. En consecuencia, lo visible sólo constituye una parte ínfima del cosmos. "Determinar la naturaleza de esa materia es uno de los mayores desafíos de la cosmología moderna y de la física de altas energías", sostiene Bertou.

Los neutrinos son partículas subatómicas que atraviesan la Tierra a miles de millones por segundo. Se sospecha que su velocidad es superior a la de la luz, por tanto desafían uno de los fundamentos de la Teoría de la Relatividad de Einstein. A juicio del científico argentino-francés, entender su comportamiento es "descender al nivel más básico de la Física".

El laboratorio estaría conformado por dos galerías perpendiculares al túnel vehicular, de 25 metros de altura por 20 de ancho y 50 de longitud, conectadas a un pozo cilíndrico de 15 a 20 metros de diámetro por 20 de profundidad. La superficie total del complejo sería de 2.500 metros cuadrados y el coste de su construcción rondaría los 11 millones de euros.

"Los aparatos de medición funcionarán de forma permanente y por muchos años -el tiempo de vida de un detector de partículas es de entre tres y cinco años- siendo operados por tres investigadores que cumplirá un horario normal de trabajo", señala Bertou. A la pregunta de si estar encerrados en las profundidades de la Tierra no puede afectar la salud del equipo, el físico responde "no más de lo que les afectaría trabajar en el sótano de su casa".

Fuente:

El Mundo Ciencia

Por qué los neutrinos de OPERA no pueden ser taquiones

Figura 13 del artículo de la colaboración OPERA = http://arxiv.org/abs/1109/1109.4897

Según la relatividad de Einstein, aplicada a los taquiones, partículas con una masa en reposo negativa que se mueven a una velocidad mayor que la luz, conforme la energía de un taquión crece, su velocidad decrece y se aproxima de forma asintótica a la velocidad de la luz (por encima). Los famosos neutrinos superlumínicos observados por el experimento OPERA tienen una velocidad constante, que casi no depende de la energía; más aún, la velocidad crece ligeramente con la energía, en lugar de decrecer. Por tanto, podemos afirmar con rotundidad que los neutrinos de OPERA no son taquiones. Pueden ser partículas superlumínicas exóticas, pero no pueden ser taquiones.

La energía de una partícula tiene dos componentes, la energía en reposo, llamada masa, y la energía en movimiento, llamada energía cinética, que depende de la velocidad de la partícula. Las medidas cosmológicas de la masa de los neutrinos indican que su masa en reposo es muy pequeña, luego para neutrinos de alta energía toda su energía es cinética; además, a mayor velocidad, mayor energía. Si un experimento mide la velocidad de un grupo de neutrinos que tienen cierta energía y la velocidad de otro grupo emitidos por la misma fuente que tienen el triple de dicha energía, dicho experimento tiene que observar que la velocidad de ambos grupos de neutrinos es diferente. Los del segundo grupo, los más energéticos, tienen que ser más rápidos.

El experimento OPERA ha medido la velocidad de neutrinos emitidos en el CERN que alcanzan un observatorio en Gran Sasso, en el centro de Italia, tras recorrer unos 730 km en línea recta por el interior de la Tierra. Todos los neutrinos han sido emitidos por la misma fuente pero su energía se distribuye en un cierto intervalo con una media de 17 GeV (la energía en reposo (masa) de un protón es casi 1 GeV) [véase el lado derecho de la figura que abre esta entrada]. Los investigadores han separado los neutrinos observados en Gran Sasso en dos grupos, los que tienen energía menor de 20 GeV (con una media de 14 GeV) y los que tienen una energía mayor (con una media de 43 GeV) [véase el lado izquierdo de la figura que abre esta entrada]. Para su sorpresa y para la sorpresa de todos los que lean esto, han observado que la velocidad de los neutrinos en ambos casos es idéntica (dentro de los márgenes de error considerados); una velocidad mayor que la velocidad de luz en el vacío, pero independiente de la energía de las partículas [de hecho, como se ve en el lado izquierdo de la figura que abre esta entrada, el punto medio crecio un poco en lugar de decrecer, pero una banda de error muy grande].

Según la relatividad de Einstein, aplicada a los taquiones, partículas con una masa en reposo negativa que se mueven a una velocidad mayor que la luz, conforme la energía de un taquión crece, su velocidad decrece y se aproxima de forma asintótica a la velocidad de la luz. Los datos experimentales de OPERA son inconsistentes con lo predicho para los taquiones según la teoría de la relatividad. Más aún, los resultados de estudios previos, en los que los neutrinos tienen menor energía, como en MINOS y las observaciones de neutrinos producidos por la supernova SN 1987A, complican aún más el asunto, pues requieren que la energía de los neutrinos depende de la velocidad de forma no monótona. Un sinsentido para cualquier físico.

Aberrón me entrevistó el pasado lunes porque iba a escribir un artículo sobre los neutrinos (“Agárrame esos neutrinos,” 28 sep. 2011) que apareció el miércoles en lainformacion.com. El artículo está muy bien y recomiendo su lectura a todos. Por teléfono traté de explicarle a Aberrón por qué tengo dudas sobre la estimación de los errores sistemáticos en el experimento de OPERA, en especial en relación a la medida del instante en el que salen los neutrinos. Sin posibilidad de garabatear en una hoja de papel, le puse como ejemplo la determinación del momento en que llega un tren a una estación y la diferencia que hay entre que se trate de un talgo o un AVE (recordad que tiene la forma del pico de un martín pescador). Fui incapaz de lograr que Aberrón se enterara de lo que quería decir, a veces una imagen vale más que mil palabras. Traté de ponerle como ejemplo la foto finnish en una competición de atletismo, pero creo que empeoré aún más la cosa. En la versión final de su artículo Aberrón se limitó a mencionar de pasada la foto finnish. Aunque puede que me repita una vez más, quizás una imagen vale más que mil palabras.

Figura 11, inferior-izquierda, del artículo de OPERA = http://arxiv.org/abs/1109/1109.4897

Mira esta figura. Verás clarísimamente que hay un desfase de unos 60 ns entre la curva roja y la curva imaginaria que une los puntos negros. ¿No lo ves? Vuelve a mirar la figura. Los picos de la curva roja también se ven muy claros en la curva imaginaria que une los puntos negros. ¡Cómo que no lo ves! Los científicos de la colaboración OPERA dicen que se ve clarísimo. Bueno, … a lo mejor es un problema de escala, de la escala del eje de abscisas. Lo mejor será usar el efecto lupa. Los científicos de OPERA han hecho un zoom de los frentes trasero y delantero de la figura anterior. Su resultado es la siguiente figura.

Figura 12, abajo, del artículo de OPERA = http://arxiv.org/abs/1109/1109.4897

Esta figura es la que se ha utilizado para medir la diferencia de 60 ns entre la curva roja y la curva imaginaria que pasa por los puntos negros. ¿Ves ahora la diferencia de 60 ns entre ambas curvas? ¡Cómo que no! Mira bien, anda, vamos. Hay zonas donde la diferencia parece más pequeña que 60 ns y zonas donde parece mayor. Pero el ajuste obtenido por la colaboración OPERA indica que la diferencia total entre ambas curvas es de 60 ns. ¿Lo ves ahora? Mira bien la banda de error horizontal de los puntos negros, observa que tiene una anchura de 50 ns (el binning de los datos que ha utilizado la colaboración OPERA). ¿Qué pasaría si los centros de los puntos gordos estuvieran desplazados 25 ns a la izquierda o a la derecha? En mi opinión habría un cambio en las curvas que podría hacer que la diferencia de 60 ns cambie bastante. Me gustaría poder hacer un análisis estadístico de estos datos, pero el artículo de OPERA incluye la figuras pixeladas y en muy baja resolución (si fueran figuras PS generadas por Matlab yo podría extraer los datos originales con precisión).

A mí me molesta mucho esta figura desde que el viernes 23 de septiembre en la conferencia del CERN una de las personas del público preguntó por esta cuestión al conferenciante y éste salió por la tangente. Mis dudas sobre el resultado del experimento OPERA nacieron en ese momento y se ratificaron cuando leí el artículo. Conforme pasa el tiempo se refuerzan cada vez más. Todo apunta a errores sistemáticos…

Por cierto, uno de los miembros senior de OPERA (la Dra. Caren Hagner), que no ha querido firmar el famoso artículo, ha sido entrevistada por un periódico alemán (FAZ). Bee nos lo ha traducido del alemán al inglés en “FAZ: Interview with German member of OPERA collaboration,” Backreaction, October 2, 2011. La entrevista no tiene desperdicio, aunque muchos la calificarán de sensacionalista. Según Hagner si se hubiera esperado dos meses más, se podría haber repetido el análisis del experimento de forma independiente, confirmando o refutando el resultado de la propagación superlumínica. ¡Toma ya!

Frau Hagner, usted es uno de los líderes del grupo alemán del experimento OPERA, pero si se busca su nombre en el artículo (preprint), no aparece.

Una docena de colegas y yo hemos decidido no firmar el artículo (preprint). No tengo dudas sobre el experimento, solo creo que es prematuro que se hayan hecho público los resultados. Un resultado tan extraordinario como la propagación más rápido que la luz requiere que se hubieran hecho más pruebas. Pero entonces el artículo se hubiera retrasado unos dos meses. Algunos miembros de OPERA y yo misma hubiésemos querido que estas pruebas adicionales se hubieran hecho.

¿Qué tipo de pruebas?

Lo primero, un segundo análisis independiente. En física de partículas, si alguien cree que ha descubierto una nueva partícula o efecto, en general no hay un solo grupo analizando los datos sino varios. Y si todos obtienen el mismo resultado, entonces podemos estar convencidos de que es correcto. Este proceso no se ha hecho con OPERA.

¿Por qué no?

Porque no había tiempo. Un efecto como la propagación a una velocidad mayor que la luz requiere controles muy cuidados. Podría haber un error en los programas de ordenador, por ejemplo. Sin embargo, la mayoría de los miembros de la colaboración han preferido una publicación rápida.

Sin palabras.

PS: Quizás convenga que detalle los cálculos que indico en esta entrada con números. Los autores del artículo de OPERA han dividido los neutrinos en dos grupos con energías medias de GeV, y GeV, y han medido los tiempos de llegada anticipada de los neutrinos correspondientes dando como resultado ns, y ns, resp., lo que conduce a valores de dados por , y . Aplicando la fórmula de la teoría de la relatividad para taquiones, pero con masa y , resulta que se esperaría un valor de . Si los neutrinos fueran taquiones, un incremento en el triple de la energía significaría un cociente , cuando el cociente observado es del orden de la unidad (nueve veces más pequeño). Los cálculos en más detalle los podéis encontrar, por ejemplo, en Jerrold Franklin, “Superluminal neutrinos,” ArXiv, 2 Oct 2011.

Fuente:

Francis Science News

La noticia de los neutrinos superlumínicos de OPERA en Nature y en Science

Adrian Cho nos cuenta que la mayoría de los físicos ha mirado con incredulidad el resultado obtenido por los físicos de la colaboración OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus). Las apuestas apuntan a un “error sistemático” no identificado aún. Pero no todos opinan lo mismo, algunos ven en dicho resultado una oportunidad única para proponer nuevas extensiones del modelo estándar. V. Alan Kostelecky, físico teórico de la Universidad de Indiana, Bloomington, EE.UU., inventó hace 15 años el Modelo Estándar Extendido (SME) que viola la teoría de la relatividad introduciendo un “campo de fondo” que actúa de “sistema de referencia preferido.” Si dicho campo de fondo solo actúa sobre los neutrinos, Kostelecky afirma que su teoría explica el resultado observado por OPERA. Su teoría no permite el envío de información hacia al pasado, evitando los problemas de causalidad que implica la existencia de neutrinos superlumínicos. Según Cho, el resultado de OPERA podrá repetido en menos de un año en MINOS (Main Injector Neutrino Oscillation Search), en la mina de Soudan (Minnesota), que recibe neutrinos del Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory), en Batavia, Illinois (yo creo que Cho peca aquí de optimista). También podrá ser repetido por el experimento japonés T2K (Tokai to Super-Kamiokande), en el que se estudian neutrinos producidos por el JPARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) en Tokai, dirigidos hacia los detectores localizados ne la mina de Kamioka. Nos lo ha contado en Adrian Cho, “Special Relativity: From Geneva to Italy Faster Than a Speeding Photon?,” News & Analysis, Science 333: 1809, 30 September 2011.

El rumor surgió en un blog el 15 de septiembre, el artículo fue liberado el 22 y la rueda de prensa en el CERN fue el 23, aunque el resultado se descubrió en marzo de 2011. “Han pasado los últimos 6 meses tratando de buscar un error en su análisis, pero no lo han encontrado, por lo que han liberado sus resultados para recabar la ayuda de toda la comunidad,” afirma Dario Autiero, del Instituto de Física Nuclear en Lion (IPNL), Francia, coordinador de OPERA. Algunos físicos senior de la colaboración, como Caren Hagner de DESY, han preferido no firmar el artículo de OPERA; según Hagner era necesario haber seguido chequeando el resultado durante más tiempo antes de hacerlo público. OPERA está en boca de todo el mundo, ya el anuncio sobre los neutrinos superlumínicos ha generado una expectación mediática sin precedentes. Sin embargo, “la mayoría de los físicos sospechan que hay errores sistemáticos sutiles, aún por descubrir, pues el experimento es muy complicado,” como recuerda Rob Plunkett del experimento MINOS (Main Injector Neutrino Oscillation Search) en el Fermilab, cerca de Chicago. La mayoría de las dudas apuntan a dos elementos, la sincronización mediante GPS y las diferencias entre la forma de la señal en el CERN (el tren de protones) y en Gran Sasso (el tren de neutrinos). Nos lo ha contado Eugenie Samuel Reich, “Speedy neutrinos challenge physicists. Experiment under scrutiny as teams prepare to test claim that particles can beat light speed,” News, Nature 477: 520, 29 September 2011.

En mi opinión personal, la fuente del error puede estar en el ajuste del frente de los trenes de protones y de neutrinos. En óptica no lineal, cuando se observa la propagación superlumínica de señales siempre es debido a este problema, definir correctamente cuando ha llegado el tren de fotones (paquete de ondas) debido a que su forma no coincide con el tren emitido y utilizar el mismo criterio en ambos no está justificado. Para los aficionados al deporte quizás ayude saber que este problema es el mismo que el de la foto finish. Se supone que el instante de llegada del corredor es cuando su pecho supera la línea de meta, pero que pasa si el atleta torsiona su cintura al llegar y lo que se observa en la foto finish es la llegada del hombro; o si estira el brazo y lo que llega primero a meta es la parte del pecho cercana al cuello; o que si pasa si hay atletas más altos y más bajos; cuándo llegó el centro del pecho a cruzar la línea es un problema que requiere el criterio de los jueces de la competición y este criterio puede variar de un juez a otro. La forma del frente del tren de protones (donde se inicia la cuenta de tiempos en el CERN) se utiliza como referencia (línea roja) y se ajusta a la forma del frente del tren de neutrinos (donde finaliza la cuenta de tiempos en Gran Sasso). Obviamente, los científicos de OPERA han considerado esta posibilidad en detalle, pero en este tipo de experimentos la duda siempre surge. Abajo os muestro la figura original de los frentes y la misma figura con la línea roja en blanco, ¿por dónde dirías que debería pasar la línea roja? Por cierto, la incertidumbre horizontal de los puntos de unos 50 ns y se ha medido una diferencia de tiempos de solo 60 ns. No quiero decir nada más. Entre los que opinan como yo recomiendo leer a Jon Butterworth, “Those faster-than-light neutrinos. Four things to think about,” Life and Physics, 24 sep. 2011.

Fuente:

Francis Science News

Agárrame esos neutrinos: guía para entender el experimento del CERN

El experimento anunciado el pasado viernes en el CERN ha causado una conmoción dentro y fuera de la comunidad científica. La posibilidad de que los neutrinos viajen más rápido que la luz tiene difícil encaje con la teoría de la Relatividad Especial de Einstein y la mayoría de físicos se inclina por pensar que existe un error. Estos son los detalles del experimento y los escenarios que se barajan.

Si la física de partículas fuera una novela de detectives, al neutrino se le estaría poniendo cara de mayordomo. El experimento anunciado el pasado viernes en el CERN siembra aún más incertidumbre sobre esta partícula de guante blanco, capaz de atravesarnos a nosotros y al planeta Tierra por trillones cada segundo y resultar prácticamente indetectable. La última noticia, si se confirma con nuevas pruebas experimentales, es que los neutrinos son capaces de viajar más rápido que la luz, lo que en principio viola la teoría de la Relatividad Especial de Albert Einstein y tiene desconcertados a los físicos. La tarea pendiente, como siempre que algo desafía todo lo conocido hasta ahora, es buscar un posible error en el experimento. ¿Dónde puede estar esa "incertidumbre no considerada", si es que la hay? ¿Qué implicaciones tendría que el experimento fuera correcto? Como en toda novela de misterio, lo primero es presentar a los protagonistas.

La partícula escurridiza

La primera vez que se planteó la existencia de los neutrinos no fue porque nadie los pillara in fraganti en plena acción sino porque faltaba algo de la nevera, por decirlo de algún modo. En 1930, el físico Wolfgang Pauli comprobó que en la radioactividad beta, en la que un neutrón se transforma en un protón emitiendo un electrón, había algo que faltaba para que la energía y la cantidad de movimiento se conservaran como marcan los principios de la física. El sospechoso era una partícula neutra (sin carga) que pasaba por allí sin interaccionar aparentemente con nadie y que se mantuvo oculta a los ojos de los científicos durante otros 25 años.

Desde entonces se han instalado varios detectores de neutrinos por todo el mundo que registran una porción diminuta de estas sigilosas partículas cuando, casualmente, alguna de ellas interacciona con el núcleo de un átomo y el proceso acaba generando un fotón. Para hacerse una idea de lo escurridiza que es la partícula y de lo raro que es que interaccionen con algo, se suele poner este ejemplo: si lanzásemos un chorro de neutrinos sobre una placa de plomo de un año luz de grosor (más de 9 billones de kilómetros) la mitad de los neutrinos pasaría por el otro extremo sin haber interaccionado con el material. “Estamos hablando de partículas que se descubrieron hace 80 años”, asegura a lainformacion.com Javier Cuevas Maestro, investigador del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN, “y aún no sabemos mucho sobre ellos porque prácticamente no interaccionan con nada”.

¿De dónde proceden estos neutrinos? La inmensa mayoría de los que detectamos en la Tierra proceden de las reacciones nucleares del Sol, que nos envía un chorro de neutrinos permanente. La otra gran fuente son las explosiones de las supernovas, pero debido a las distancias cósmicas- y al poco tiempo que llevamos mirando – sólo hemos localizado una fuente de neutrinos en una ocasión, en el año 1987 cuando los neutrinos procedentes de la Supernova SN 1987A, en la Gran Nube de Magallanes (satélite de la Vía Láctea), pudieron ser detectados en tres laboratorios.

El experimento

Una vez que tenemos una idea aproximada de qué son los neutrinos pasemos a describir en qué consiste el experimento ÓPERA dentro del CERN. Tenemos dos puntos en el mapa. Uno es el Super Sincrotón de Protones (SPS), en Ginebra, un acelerador de partículas que envía un haz de neutrinos muónicos de alta intensidad y energía, y el otro es el laboratorio subterráneo LNGS, en Gran Sasso, Italia, que los recibe. La distancia es de 730 kilómetros y los neutrinos – que como hemos visto no interacciona con casi nada - se envían a través de la corteza terrestre (y ojo con esto porque la propia ministra de Ciencia italiana cometió un gazapo al interpretar que existía un túnel entre ambas instalaciones). Para hacerse una idea de la precisión, entre la salida y la llegada de los neutrinos, a varios metros de profundidad bajo tierra, transcurren menos de 3 milisegundos.

Después de asegurarse de que han tenido en cuenta todas las variables (las distancias en la Tierra varían con la rotación, las mareas, etc. y hay que utilizar mediciones muy precisas de GPS) lo que descubrieron los científicos es que los escasos neutrinos detectados (16.000 eventos registrados tras la emisión de unos 10^20 neutrinos muónicos) llegaban en promedio hasta Gran Sasso más rápido de lo esperado: alrededor de 60 nanosegundos antes del registro que habrían marcado a la velocidad de la luz en el vacío.

Pero lo que de verdad ha descolocado a los físicos es que esto, con la teoría de la Relatividad Especial en la mano, no debería ser posible. Ninguna partícula puede acelerarse hasta alcanzar una velocidad mayor que la de la luz porque necesitaría una energía infinita. Y es por esto que la mayoría de científicos se han lanzado a la búsqueda de lo que Álvaro de Rújula calificaba desde el CERN como el “error sutil” en el experimento.

En busca del “error sutil”

Cuando un experimento no encaja con lo que se conoce hasta ese momento en ciencia lo primero que hay que descartar es que haya un error o incertidumbre sistemática que podría modificar el resultado. “Esperamos con impaciencia las mediciones independientes para calcular plenamente la naturaleza de esta observación”, aseguró el viernes el propio portavoz del experimento, Antonio Ereditato. Y la mayoría de los físicos sospechan que las mediciones ayudarán a localizar el fallo. “Esto ha pasado muchas veces”, asegura el astrónomo Javier Armentia, “y al cabo de los meses se encontraba por casualidad un signo menos en una ecuación o algo que no se había tenido en cuenta y que lo cambiaba todo”. “La base por la que creo que hay un error es sobre todo la impresionante ubicuidad de la Relatividad Especial”, asegura el físico teórico Mariano Santander. “Yo también creo que debe haber algún matiz muy sutil. Probablemente no será nada obvio, pues la gente que ha efectuado el experimento ha dedicado un par de años a analizar todas las posibles causas de error”.

“Es muy fácil equivocarse con los neutrinos”, asegura Enrique Fernández, catedrático de física atómica de la UAB que ha trabajado muchos años con neutrinos en el Fermilab (EEUU) y en Japón. “Son experimentos difíciles, lo sabemos los que tenemos la experiencia“. El físico Javier Cuevas Maestro, que lleva 20 años trabajando en proyectos del LHC, insiste en la complejidad de este experimento. Para hacerse una idea, apunta, “en el LHC se registran alrededor de 40 millones de colisiones de partículas por segundo y aquí sólo hay 16.000 sucesos, lo que, estadísticamente, aunque se lleven tres años tomando datos, es relativamente poco”. Esto quiere decir que tanto las incertidumbres sistemáticas como estadísticas son importantes, teniendo en cuenta, por ejemplo, que el instrumento de medición está separado por 730 kilómetros del punto de producción de neutrinos.

Diferencias con la Supernova

Lo primero que llama la atención del experimento de Gran Sasso es que contrasta con las observaciones de neutrinos procedentes de la supernova 1987A. En aquella ocasión los neutrinos y los fotones (la luz) llegaron al mismo tiempo y si los neutrinos viajaran a la velocidad que indica Gran Sasso, los neutrinos tendrían que haber empezado a llegar cuatro años antes que los fotones. Aquí se abren varias incógnitas que surgen al comparar ambas mediciones. Los neutrinos de la supernova llegan a través del vacío y los de Gran Sasso atraviesan la corteza terrestre, con lo que podría haber alguna diferencia a causa del medio. O de energía, porque la de los neutrinos de la supernova es mucho más pequeña que la de los neutrinos estudiados por OPERA. Además, los detectores de 1987 no eran tan sofisticados y precisos como los de ahora, aunque detectaron la señal en varios lugares.

En 2007, otro experimento de neutrinos de larga distancia, el proyecto MINOS dependiente del Fermilab, en EEUU, también se encontró un efecto parecido, pero no significativo. MINOS tiene un detector a casi exactamente la misma distancia que la del CERN al Gran Sasso, 730 km, situado en una mina en el estado de Minnessotta. Y en el experimento pionero, llamado K2K, realizado en Japón y que utiliza como detector lejano el llamado Super-Kamiokande, a 250 km de distancia del acelerador donde se producen los neutrinos, también es necesario medir la velocidad de estos. Pero como aclara Fernández, que participó en el experimento K2K, en estos experimentos no se midió la velocidad con la precisión de OPERA, simplemente porque no era necesario.

Imprecisión en el tiempo de salida

La otra variable que preocupa a los físicos es la manera en que se miden los instantes de salida y llegada de los neutrinos. El problema es que no se puede conocer con certeza el momento en que el neutrino ha salido del acelerador o llegado al detector. "Yo no sé qué tiempo ha tardado un neutrino concreto en llegar, asegura el físico y doctor en matemáticas Francisco Villatoro. "Solo tengo una distribución estadística. Ambas distribuciones tienen una forma muy parecida, pero no igual". Si se tratara de un tren, no sabríamos el momento en que llega o se va. “Cuando estas partículas interaccionan con el blanco dejan un rastro, pero la posición de entrada a la partícula tiene una incertidumbre”, asegura Cuevas Maestro. El problema, para el coordinador del grupo de Física Experimental de Altas Energías de la Universidad de Oviedo, es aún mayor: no es que no sepamos cuándo entra el tren, sino que la mayoría de los trenes que pasan no se registran. “Como los neutrinos no tienen carga y no interaccionan con la materia”, explica, “la mayoría pasan por la estación sin que nos enteremos y cuando interaccionan con los centelleadores no sabemos si ha sido al principio o un poquito después”.

“Los neutrinos no salen todos a la vez porque los protones que los producen no chocan a la vez con el blanco”, asegura Enrique Fernández, que también es miembro del Institut de Física d'Altes Energies (IFAE). “Chocan durante 10,5 microsegundos- es un tren continuo de protones, pero cuando se detecta un neutrino en el gran Sasso no se sabe qué protón lo produjo, se sabe solo en promedio”.

¿Y si el experimento es correcto?

Si después de todas las comprobaciones, resulta que lo que han medido los físicos del CERN es correcto, se abre un mundo de posibilidades e interpretaciones. Los físicos no coinciden a la hora de interpretar la trascendencia que tendría el hallazgo. Para Francisco Villatoro, por ejemplo, el descubrimiento afectaría a la física de neutrinos pero no sacudiría los pilares de lo que sabemos. “Esto es una cosa importante para los físicos, pero para el público general no tiene ninguna importancia”, asegura, “no es algo que vaya a cambiar los libros de texto, salvo los libros especializados en neutrinos”. “Creo que estos cambios deberían entenderse sobre todo como una delimitación de los límites de validez de la relatividad especial”, asegura el físico teórico Mariano Santander, “pero cabe muy poca duda de que la relatividad especial en su forma actual subsistirá como una muy buena descripción de la estructura del espacio y el tiempo”.

Para Cuevas Maestro y para Fernández la cosa es un poco distinta. “Si efectivamente los neutrinos pudiesen viajar a mayor velocidad que la luz, se abriría una puerta a una descripción de fenómenos físicos que hasta ahora ni siquiera imaginábamos”, dice Cuevas. “Uno de los pilares de la física que es la constancia de la velocidad de la luz y que es máxima, nos produciría un sobresalto tremendo. Si la teoría de la relatividad fuera 99,999% correcta, estaríamos ante una variación significativa de la ciencia básica tal y como la conocemos”. “No estoy de acuerdo con la idea de que no cambiaría la relatividad”, añade Fernández, “la cambia profundamente, tanto que los libros de texto no sobrevivirían”.

Algunas especulaciones

Los 60 nanosegundos de diferencia en la “foto finish” ya han dado pie a las primeras especulaciones sobre una posible explicación. Una de ellas es que los neutrinos pudieran desplazarse por una dimensión paralela que les permite llegar antes (como apunta la teoría de cuerdas), otra es que existieran dos velocidades de la luz, una para fotones y otra para neutrinos. “Habría que añadir dos velocidades tope a la relatividad especial”, asegura Villatoro, “pero nadie ha profundizado en qué pasaría en este caso a nivel cosmológico y astrofísico”. “Esto implicaría que hubiera dos métricas en el espacio-tiempo, que coinciden en el límite de baja energía”, asegura Santander, “lo que sería una extensión natural de la Relatividad Especial y son ideas exploradas en otros contextos, aunque no se hayan aplicado a problemas como el del experimento OPERA”.

También hay quien ha insinuado que el hallazgo abre la posibilidad de viajar en el tiempo o, más concretamente, enviar señales al pasado. La relatividad especial admite la posibilidad de que existan partículas que viajen por encima de la luz, lo que “prohíbe” es que se acelere por encima de esa velocidad. Existen unas partículas hipotéticas, llamadas taquiones, que podrían existir pero por su propia naturaleza no podrían ser detectadas. Si los neutrinos fueran taquiones, su velocidad dependería de su energía. En el experimento de OPERA se han separado los neutrinos en dos grupos, de baja y alta energía, con energías medias de 14 y 43 GeV, pero se ha observado que la velocidad de ambos grupos es casi idéntica, lo que no cuadra con la naturaleza de los taquiones.

¿En qué se basan estas especulaciones sobre el tiempo? Para entenderlo, Enrique Fernández nos pone un ejemplo muy visual. “Si nos subimos a un neutrino viajando a más velocidad que la de la luz”, asegura, “veríamos los fotones quedándose atrás”. Ahora imaginemos que alguien sale de la Tierra montando en un neutrino: la luz de la tierra saldría después y no vería nada, pero si se detuviera “vería la luz de la Tierra llegar más tarde y por tanto se habría ido al futuro y vería llegar luz que salió antes que él”. En cualquier caso, para Fernández estas especulaciones no son correctas porque si la relatividad especial no es cierta, tendríamos que cuestionarlo todo, incluida estas ideas sobre el tiempo.

“Si aceptamos esta idea de viajar en el tiempo”, asegura Mariano Santander en el mismo sentido, “entonces, por consistencia y honradez, también debiéramos decir que la Física Cuántica nos permite atravesar las paredes”. “En serio”, añade, “la respuesta es un sonoro “no” para todos los propósitos prácticos. Aunque el resultado fuera correcto, esto no nos pone en situación de viajar en el tiempo a nuestro gusto”.

“Todos, aunque nos quedemos quietecitos, estamos viajando en el tiempo, hacia el futuro y a la respetable velocidad de un segundo por segundo (parece una tontería, pero dista de serlo)”, añade el profesor Santander. “Y si queremos viajar mas rápido hacia el futuro, basta con que nos movamos en el espacio lo más deprisa posible”. “Viajar nosotros al pasado requeriría ‘montarnos' en un autobús taquiónico”, añade. “Pero necesitaríamos literalmente una energía mas allá de infinito para dar el salto, desde nuestro estado de reposo, a tal autobús. Y a esto es aplicable mejor que nunca lo del torero: lo que no puede ser, no puede ser y además es imposible”.

El siguiente paso

Lo importante ahora es conseguir replicar el experimento cuanto antes para ver si se repiten los resultados. El candidato más probable es el proyecto MINOS, en EEUU, que ya hizo una prueba semejante pero que necesitaría muchos meses, quizá años, para repetir un experimento tan complejo y aparatoso.

Lo interesante es que en este período lo físicos teóricos van a proponer infinidad de soluciones para explicarlo y esto puede traer nuevas ideas. El estudio de los neutrinos, por ejemplo, es fundamental en la búsqueda de pruebas sobre la naturaleza de la materia y la energía oscuras que ocupan el 90% de nuestro Universo. “Aunque el experimento resulte ser erróneo”, asegura Villatoro, “los físicos jóvenes van a proponer explicaciones exóticas, nuevas ideas en las que sin la chispa de este resultado nunca habrían pensado. Y es así cómo se producen las grandes revoluciones".

Ver también: A la busca de la materia oscura en el túnel de Canfranc [Vídeo]

Fuente:

La Información

La apoteosis de los neutrinos

Las instalaciones del CERN donde se ha llevado a cabo el experimento. | AP.

"Un experimento impulsa el sueño de los viajes a través del tiempo". Éste fue el impresionante e insólito titular principal de la portada de EL MUNDO, en su edición impresa del sábado. Un día antes, en nuestra web, la principal noticia sobre los neutrinos que superaron el límite cósmico de la velocidad establecido por Albert Einstein no sólo se mantuvo durante toda la jornada como la más leída del día, sino que fue recomendada por 4.000 usuarios de Facebook, y casi 800 usuarios de Twitter.

Además, otras cuatro informaciones que publicó la sección de Ciencia de ELMUNDO.es sobre el mismo tema a lo largo del día también escalaron a las primeras posiciones de las noticias más populares. Y por si esto fuera poco, la narración en vivo de la presentación de los resultados del experimento que ofreció nuestra web, incluyendo una conexión con la retransmisión del seminario en Ginebra, tuvo una audiencia masiva.

Una cosa sí ha quedado demostrada: la ciencia interesa, la ciencia fascina, la ciencia está más viva que nunca

En los 15 años que este periodista se ha dedicado a contar lo que se cuece en los laboratorios de todo el planeta, jamás me había sorprendido tan gratamente el inmenso impacto social que puede llegar a tener la ciencia en nuestra sociedad. Es cierto que no era la primera vez que la ciencia se convertía en el principal tema de una portada de nuestro periódico. También lo fueron la oveja Dolly, la secuenciación del genoma humano y la primera clonación de embriones humanos (que después resultó ser un fraude). Pero la fascinación por los neutrinos que habían desafiado a Einstein al viajar más rápido que la luz superó todas nuestras expectativas.

Fascinación por los neutrinos

Cuando mis compañeros y yo nos encontrábamos narrando en vivo la complejísima y enrevesada (aunque sin duda apasionante) presentación que hizo Dario Autiero de su experimento como si se tratara de un partido de fútbol seguido por miles de personas, creo que ni nosotros mismos nos podíamos creer del todo lo que estaba pasando. De repente, la física parecía haberse transformado en un espectáculo de masas, y nosotros éramos los comentaristas de este insólito 'carrusel' científico.

Pero, ¿por qué se produjo esta repentina fascinación por las partículas subatómicas? ¿Cómo podemos explicar la apoteosis de los neutrinos? ¿Puede alguien seguir manteniendo que la ciencia no interesa a 'la gente'? ¿O tendrá razón Eduardo Punset, al que tantas veces hemos oído decir que "la irrupción de la ciencia en la cultura popular es un hecho imparable"?

Creo que, una vez pasado el 'bombazo' mediático, merece la pena reflexionar un poco sobre sus causas, por lo que demuestran sobre la atracción irresistible de la ciencia en la sociedad, cuando se produce una gran historia y los medios de comunicación se ocupan de contarla bien.

La naturaleza de la materia

En primer lugar, es evidente que el campo de investigación en el que trabajan los científicos del CERN toca una fibra especial a cualquiera que tenga un mínimo de curiosidad (y esto suele incluir a la mayoría de los primates de la especie 'Homo sapiens', los únicos animales que se pasan la vida haciéndose preguntas). Al fin y al cabo, estos espeleólogos del mundo subatómico se dedican a intentar desentrañar la naturaleza profunda de la materia (¿de qué está hecho todo?) y la relojería cósmica que mueve el universo (¿cómo funciona todo?).

Pero además, no sólo sus preguntas son inmensas, sino también las instalaciones donde se intentan buscar las respuestas. Las entrañas del CERN son gigantescas cavernas subterráneas donde se lanzan partículas subatómicas a velocidades inimaginables para resolver los grandes enigmas de la Física, y por tanto no es de extrañar que haya alimentado novelas de tanto impacto como 'Angeles y Demonios', de Dan Brown, que también fue llevada al cine. Por eso, casi todo lo que sale de esta gran instalación científica siempre tiene mucho tirón popular, como ya demostró hace tres años la inauguración del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), conocido popularmente como la 'máquina del Big Bang'.

Einstein, cuestionado

Sin embargo, en este caso al 'sex appeal' del CERN se le añadió el 'shock' de que podría derrumbarse el gran icono de la ciencia de todos los tiempos, el mismísimo Albert Einstein. En el imaginario popular, nadie encarna con más fuerza que el padre de la Teoría de la Relatividad la idea del genio científico, y por eso el desafío de los neutrinos podría simbolizar la caída de un mito, el posible fin de una era, un terremoto que podría volver a poner todo el edificio de la Física moderna patas arriba.

En el imaginario popular, nadie encarna con más fuerza que el padre de la Teoría de la Relatividad la idea del genio científico

Y si a todo este cóctel le añadimos el ingrediente de viajar en el tiempo, una de las fantasías más antiguas de la ciencia ficción, el espectáculo estaba definitivamente servido. El propio Einstein había dicho que si pudiéramos enviar un mensaje a la velocidad de la luz, sería equivalente a "mandar un telegrama al pasado". Y el gran físico español Álvaro de Rújula lo reafirmó el viernes en declaraciones a ELMUNDO.es. Con eso bastó, como dijo el titular de nuestra edición impresa, para "impulsar el sueño" de los viajes en el tiempo, aunque de momento sólo sea eso, una utopía alimentada por un experimento alucinante.

Puede que al final nadie pueda verificar sus resultados, y que todo se deba a un error. Puede que al final tengan razón las muchas voces científicas que han pedido cautela y han arrojado jarros de escepticismo sobre el impactante anuncio del CERN. Pero una cosa sí ha quedado ya totalmente demostrada: la ciencia interesa, la ciencia fascina, la ciencia está más viva que nunca.

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El Mundo Ciencia

CERN: 'No haremos ninguna interpretación que ponga en duda las leyes de la Física'

Especial: Neutrinos

El investigador Dario Autiero durante la presentación de los resultados en Ginebra. | CERN.

La publicación de un trabajo realizado en el CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) de Ginebra que demuestra que unas partículas, llamadas neutrinos, pueden viajar más rápido que la velocidad de la luz ha agitado a la comunidad científica durante todo el día y ha ocupado titulares en todos los medios de comunicación del mundo. Tal ha sido el revuelo que los autores de la investigación se han visto obligados a presentar sus resultados a sus colegas en un seminario abierto en la sede del CERN.

En una abarrotada sala de actos, uno de los firmantes del estudio publicado en 'High Energy Phisycs' de la Universidad de Cornell, Dario Autiero, ha presentado el experimento Opera y los resultados que han obtenido. Las mediciones corresponden a tres años de trabajo (2009, 2010 y 2011) en los que se han enviado neutrinos en multitud de ocasiones, según explicó Autiero durante casi dos horas de presentación.

Tras analizar los datos obtenidos, el equipo internacional al que pertenece el investigador italiano de la Universidad Claude Bernard de Lyon pudo sacar una conclusión sorprendente, pero que por más que han intentado refutar repasando toda la metodología, no han conseguido encontrar dónde está el error. Una corriente de neutrinos puede reorrer los 730 kilómetros que separan el CERN del laboratorio subterráneo del Gran Sasso en un tiempo 60 nanosegundos menor que lo que tardaría la luz.

"Hemos estado seis meses analizando los datos observados y que eran inexplicables", dice Auteiro. "No pretendemos hacer ninguna interpretación teórica de los resultados", sentenció Autiero al final de la presentación. Como ya dijo un portavoz de la investigación, los resultados son una locura y ponemos nuestros resultados a disposiión de los colegas para que alguien nos saque de esta locura. La prudencia ha sido la tónica general de la exposición del trabajo.

Las dudas de los popes de la física

Los científicos más reputados del mundo son escépticos con los resultados e incluso han manifestado su desconfianza en que la metodología o la explicación teórica de los resultados sean las correctas. "Es prematuro comentar este experimento se necesitan más experimentos y clarificaciones", ha asegurado Stephen Hawking a 'Reuters'.

Los resultados se comenzaron a tomar en 2009 y se han seguido tomando en 2010 y 2011. Y durante todo ese tiempo los científicos han estado comprobando que las medidas estaban bien tomadas. La incertidumbre que se haya podido producir por diferentes causas (diseño de base, calibración, etcétera) es de tan sólo 7,4 nanosegundos, según han podido calcular los autores. Sigue siendo menor que los 60 nanosegundos que separaron a los neutrinos de la luz en el experimento. Un nanosegundo equivale a 0,0000000001 segundo, por lo que el experimento debe tener una precisión de medida fuera de toda duda.

A pesar de los envites de sus colegas, Autiero se defendió con solvencia ante las dudas y el escepticismo generalizado en la audiencia, que no pudo más que felicitar al autor por el trabajo y aplaudir con una sonada ovación el final del seminario.

"En 2005 el Fermilab dio a conocer unos resultados de este tipo, aunque la precisión en las medidas era baja, con lo que todo podría venir de fuentes de error experimental. El trabajo de OPERA ha sido precisamente disminuir esas imprecisiones, pero ello ha llevado a una complejidad instrumental, y sobre todo en el análisis que hace difícil -muy difícil- juzgar a la vista de la presentación si alguna de las muchas explicaciones alternativas es la correcta", escribió Javier Armentia, director del Planetario de Pamplona, en el En vivo de ELMUNDO.es

"La presentación ha sido impecable y ha presentado todas las objeciones que ellos mismos han puesto, y como han solventado las fuentes conocidas de error. Esto es un poderoso argumento a favor... pero ahora los físicos se irán a casa, leerán con calma el artículo y los datos y... me imagino, encontrarán lo que comentaba Rújula, el error cometido", aseguraba Armentia.

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El Mundo Ciencia

Los neutrinos superlumínicos del OPERA/CNGS del CERN

Especial: Neutrinos

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].

Esquema del experimento OPERA

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:

18:45 la conferencia terminó hace un rato, unas cuantas conclusiones:

Se ha medido la distancia de 731278.0 ± 0.2 metros entre el emisor de neutrinos de Ginebra y el receptor en Gran Sasso, 20 cm de error en 731 km y la medida de tiempo, tiene un error experimental de 10 nanosegundos frente a 60. No parece que haya errores y se nota que llevan tres años trabajando dándole vueltas a todo esto, no en vano casi la práctica totalidad de la conferencia ha sido esforzándose en explicar cómo han ido mejorando las medidas desde que empezaron en 2006.

Medir la distancia y tiempo con esa precisión es muy difícil y han tenido que quebrarse la cabeza con expertos en metrología para hacerlo. La medida temporal no es directa porque uno no puede hacer una foto y ver en qué momento cruzan la meta, es una medida estadística. El análisis y el tratamiento de errores estadísticos es parte fundamental de este trabajo.

21:00 link para ver la rueda de prensa en diferido: http://cdsweb.cern.ch/record/1384486.

Tomado de:

Migui

El neutrino: Revuelo a la velocidad de la luz

Especial: Nutrinos


El anuncio de que los neutrinos parecen viajar más deprisa que los fotones abatiría un pilar de la Relatividad de Einstein.

Los investigadores se muestran sorprendidos por los datos.

Stephen Hawking dice que es pronto para sacar conclusiones.

Si fueran correctos los datos de un experimento de partículas elementales anunciados ayer, se pondría patas arriba toda la física del siglo XX, la teoría de la Relatividad de Einstein habría perdido uno de sus pilares y sería posible viajar al pasado. Los científicos, en medio de un gran revuelo, piensan que debe haber algún error en esos datos, pero el problema es que no saben dónde está ese fallo. De momento, los físicos del experimento Opera (bajo los Apeninos, Italia) han presentado los detalles de su investigación de manera que todos los expertos del mundo pueden zambullirse en sus resultados y dar su diagnóstico.

Albert Einstein, en el Instituto Carnegie de Pasadena (California), en 1931.- AP

Estos resultados de Opera, "parecen indicar que los neutrinos [partículas elementales] viajan a una velocidad 20 partes por millón por encima de la velocidad de la luz, el límite cósmico de velocidad", explicó Sergio Bertolucci, director científico del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN, junto a Ginebra), donde se presentaron los datos del experimento. Y con prudencia, añadió: "Dadas las potenciales consecuencias de largo alcance de tales resultados, se precisan mediciones independientes antes de que se pueda refutar o confirmar claramente el efecto".

"Es demasiado pronto para comentar esto, hacen falta más experimentos y aclaraciones", dijo Stephen Hawking, físico teórico británico, experto en Relatividad, a Reuters. En el mismo tono se manifestaron ayer muchos científicos.

El efecto consiste en lo siguiente: la luz tardaría en viajar desde el CERN a Opera, a 730 kilómetros de distancia, 2,4 milisegundos, pero los neutrinos, según estos resultados, llegan 60 nanosegundos antes, como si cruzaran la meta de una carrera 20 metros por delante de la llegada de los fotones de luz, explica el Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) francés. Si es cierto, si está ultrabien medido, ese adelanto contradice la Relatividad Especial postulada por Einstein en 1905 y verificada con extrema precisión miles de veces. Es más, en experimentos con neutrinos similares a Opera, aunque menos precisos, no se aprecia este efecto.

Tras varios días de rumores entre los expertos en partículas, ayer, finalmente, se conoció el trabajo científico de los miembros de Opera con su muy imprevisto resultado. Unas horas antes habían puesto su artículo en el sitio web en el que los físicos dan a conocer sus trabajos, adelantándose a la normal revisión entre pares.

Dario Autiero habló en el auditorio principal del CERN, lleno hasta la bandera. Su charla duró una hora y, si alguien esperaba grandes debates sobre Einstein, la relatividad y las implicaciones de los resultados, se sentiría defraudado. Autiero, científico del CNRS y miembro de Opera se extendió sobre todos los procedimientos técnicos aplicados para medir la velocidad de los neutrinos, las calibraciones, los tiempos. Pero su conclusión fue tajante: "No intentamos hacer ninguna interpretación teórica o fenomenológica de los resultados". El turno de preguntas de sus colegas, que duró otra hora, siguió en el mismo tono de revisión de los parámetros del experimento. "El resultado es una enorme sorpresa", comentó el líder de Opera, Antonio Ereditato, de la Universidad de Berna (Suiza). "Después de varios meses de estudios y comprobaciones no hemos encontrado ningún efecto instrumental que pudiera explicar el resultado de las mediciones. Mientras los investigadores de Opera continúan sus estudios, también queremos tener medidas independientes para lograr un juicio definitivo".

El experimento tiene todas las características propias de la física de partículas: aceleradores, grandes detectores, una configuración de lo más peculiar y un grupo numeroso de científicos e ingenieros implicados (160 de 11 países, recordó ayer Autiero). Se trata de enviar haces de neutrinos desde el sistema de aceleradores de partículas del CERN hasta el detector Opera, en el Laboratorio Nacional de Gran Sasso, bajo los Apeninos. Como los neutrinos apenas interaccionan con la materia, son como partículas fantasma que atraviesan la Tierra -y las personas- sin inmutarse. Por ello también interceptarlos y detectarlos es muy difícil.

Opera está diseñado para medir una extraña propiedad de los neutrinos: cuando viajan a largas distancias los de un tipo se convierten en otro. Como es lógico, tienen que conocer muy bien cuándo han salido del CERN los neutrinos que captan en Opera, cuándo llegan y la distancia recorrida. Aquí es donde han surgido los extraños resultados. Los científicos se basan en 15.000 neutrinos medidos en Gran Sasso durante tres años. Han utilizado técnicas avanzadas de alta precisión de GPS y relojes atómicos y los resultados que han salido son lo que son: una sorpresa y un reto que hay que escudriñar a fondo ahora.

"Estos tíos han hecho todo a su mejor nivel, pero antes de echar a Einstein a la pira, nos gustaría ver [los resultados de] un experimento independiente", comentó el físico teórico del CERN John Ellis al periódico The New York Times. Si después de comprobar y recomprobar todo (seguramente se tardará tiempo) resulta ser correcto el resultado de Opera y se confirma en otro experimento, la física entraría en una revolución.

Fuente:

El País Ciencia

El neutrino, esa partícula subversiva

Especial: Neutrinos

Investigadores europeos detectaron que una partícula puede ser más rápida que la luz, lo que pone en juego las bases de la física contemporánea. Lo constataron 16 mil veces y ahora lo ponen en consideración de la comunidad científica internacional.

El neutrino, una partícula subatómica, fue generada en forma artificial en la llamada “máquina de Dios”.

“¡Por favor, dígannos que estamos equivocados!” Así se puede resumir la actitud de los investigadores del CERN (Consejo Europeo para la Investigación Nuclear) cuando presentaron, ante los principales científicos del mundo en su especialidad, resultados experimentales que, de confirmarse, obligarían a redefinir las bases de la física contemporánea. Después de dos años de trabajo, en cuyo curso los datos fueron constatados 16.000 veces, el experimento indica que existe por lo menos una partícula capaz de viajar a una velocidad superior a la de la luz. La teoría de la relatividad se basa en que eso es imposible. La investigación que llevó a tan sorprendente resultado utilizó una partícula subatómica llamada neutrino, generada en la mal llamada “máquina de Dios”, el gigantesco acelerador de partículas que funciona en la frontera franco-suiza: los neutrinos allí emitidos se reciben en un laboratorio italiano, en lo profundo de una montaña; pero llegaban demasiado rápido. La presentación de ayer abre el camino para que experimentos en otros centros de investigación, en los próximos años, confirmen o no el resultado.

La existencia de los neutrinos, partículas subatómicas que la teoría previó desde 1930, fue confirmada experimentalmente en 1956: provienen del sol, de las supernovas y de otros orígenes; su particularidad es que casi nada puede detenerlos, pueden traspasar un planeta entero. Una manera de estudiarlos es ubicar los aparatos de detección en el centro de una montaña, donde la masa de roca detendrá a las demás partículas viajeras, pero al neutrino no. Es el caso del laboratorio situado en las profundidades del monte Gran Sasso, 1400 metros adentro de la piedra. Hasta allí, desde 730 kilómetros de distancia, atravesándolo todo, llegan los neutrinos que emite el acelerador de partículas LHC, el más grande del mundo. El programa de investigación, designado con la sigla Opera, no se proponía saber si los neutrinos viajan más rápido que la luz (¿a quién se le podría ocurrir algo tan disparatado?), sino profundizar en el análisis de sus características específicas.

Pero los neutrinos llegaban 600 millonésimas de segundo antes de lo que llegarían viajando a la velocidad de la luz, que es de 299.792 kilómetros por segundo. Los investigadores buscaron el error: midieron y recontramidieron la distancia desde el LHC; consideraron la rotación de la Tierra, el movimiento de la Luna, incluso alguna vez pidieron y obtuvieron que, para eliminar vibraciones, se detuviera el tránsito en el túnel que atraviesa el Gran Sasso. Después de 16.000 chequeos, el neutrino sigue volando demasiado rápido y entonces, ayer, presentaron los resultados ante la comunidad científica internacional.

“Tratamos de encontrar un error, trivial o complicado, pero no lo logramos –en actitud no precisamente triunfal habló Antonio Ereditato, representante del equipo Opera–. Como no lo encontramos, nos vemos obligados a presentar los resultados a la comunidad para que los examine.”

La investigadora argentina María Teresa Doval dirige el Grupo de Física de Altas Energías de la Universidad de La Plata, que participa en investigaciones que se desarrollan en el LHC: “Compartimos la actitud cautelosa del vocero de Opera –dijo a este diario–: su experimento trabajó con niveles de tiempo y espacio infinitesimales, en el límite de la precisión, y podría haber alguna incerteza no tomada en cuenta”. Claro que “la presentación de sus resultados muestra que efectuaron un trabajo altamente responsable. Queda por ver cómo se harán los chequeos para encontrar la incerteza o para confirmar los resultados”.

¿Pero por qué es tan grave que una partícula tan chiquita vaya un poco más rápido que la luz? “Si se confirmara, sería un descubrimiento tremendo, que pondría en duda uno de los pilares en que se basa la física que conocemos”, contestó Gastón Giribet, investigador en la UBA y del Conicet especializado en Teoría de la Relatividad, y señaló que, para esta teoría, “a medida que una partícula aumenta su velocidad, hace falta más energía para acelerarla más, y, si llegara a la velocidad de la luz, la energía necesaria para acelerarla todavía más sería infinita”.

De acuerdo con la teoría fundada por Einstein, “una partícula más rápida que la luz pondría en cuestión la noción de causalidad –advirtió Giribet–: supongamos que usted tiene una pistola cargada con neutrinos superlumínicos y me dispara mientras yo me acerco a gran velocidad; de acuerdo con la relatividad, si el neutrino pudiera superar la velocidad de la luz, yo recibiría el balazo de neutrinos antes de que su pistola fuese disparada. Para no dar lugar a estas paradojas, habría que revisar toda la teoría”.

Uno de los programas de investigación que podrían reexaminar el experimento del Opera es el Minos, en Minnesota, Estados Unidos. En 2007, sus estudios también registraron neutrinos aparentemente superlumínicos, pero el margen de error era excesivo para una presentación oficial.

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Página 12

'Viajar a la velocidad de la luz es equivalente a poder viajar al pasado'

Especial: Neutrinos

Instalaciones del experimento Opera en el Gran Sasso (Italia). | Reuters

"En la Teoría de la Relatividad, la posibilidad de viajar a la velocidad de la luz es equivalente a la de viajar al pasado", dice a ELMUNDO.es Álvaro de Rújula, físico teórico del CERN. El padre de la Teoría de la Relatividad, Albert Einstein, que hoy ha sufrido un 'susto' importante, ya había aventurado que si somos capaces de enviar un mensaje más rápido que la luz, entonces "podremos enviar un mensaje al pasado". El sobresalto no es más que una medición del tiempo que ha tardado un neutrino en cubrir los 730 kilómetros que separan el CERN del laboratorio subterráneo de Gran Sasso.

Este es uno de los 'dogmas' aceptados por la física teoría y que ha permanecido invariable desde 1905, cuando Einstein enunció su Teoría de la Relatividad Especial. No es que nada pueda ir más rápido que la luz. Los físicos teóricos creen que en el inicio del universo, instantes después del Big Bang sí se produjeron velocidades mayores que la de la luz (300.000 kilómetros por segundo). Lo que significa el enunciado del genial físico alemán es que ningún 'mensajero', ninguna partícula (o señal como se denominan en la física teórica), puede hacerlo.

"Si se confirmase el resultado significaría una nueva revolución en Física con implicaciones en la teoría de la información", explica desde el CERN José Bernabéu, catedrático de Física Teórica de la Universidad de Valencia y reciente ganador del Premio de la Física convocado por la Real Sociedad Española de Física y por la Fundación BBVA. "Si se confirmase sería inceíblemente revolucionario, supondría un batacazo, pero los batacazos son buenos", resume De Rújula.

Una ventana al pasado

Esas implicaciones en la teoría de la información llegan hasta el punto de que los neutrinos, y dicho desde un punto de vista didáctico, supondrían un atajo en la dimensión espacio tiempo, una ventana al pasado.

En 1987, los físicos de todo el mundo vieron en directo la explosión de una supernova llamada 1987-A. En aquella ocasión, los neutrinos -un tipo de partículas subatómicas presentes en el universo como radiación presente desde el Big Bang o que también pueden producirse en las centrales nucleares o como desintegración beta de algunos isótopos radiactivos- llegaron a la vez. La medición tuvo en aquel año una precisión 100.000 veces mayor que la tomada en el CERN.

Y esa es la sensación general en la comunidad científica: no es posible que este resultado sea correcto. "La pregunta a hacerse es: ¿dónde se han colado? Porque cabe esperar que se comprobará que esto es falso", dice Álvaro de Rújula.

Partículas con la señal muy débil

Los neutrinos apenas tienen masa y no tienen carga, de manera que su señal es tan débil que podrían atravesar la Tierra sin sufrir variaciones en su número o en su dirección. Y esa es una parte fundamental en la metodología del experimento realizado en el CERN. Al no tener carga, los neutrinos no pueden acelerarse en un acelerador de partículas como el LHC de Ginebra. Sino que hay que acelerar una fuente de neutrinos para que estos se generen y poder enviarlos en la dirección deseada.

Los neutrinos no viajan por ningún conducto científico que una el CERN con el laboratorio subterráneo del Gran Sasso. Una vez producidos en el acelerador, los científicos han de ser muy precisos para enviar los neutrinos en la dirección correcta. Tienen que atravesar 730 kilómetros bajo la superficie terrestre y alcanzar un detector masivo (con un gran volumen y de gran precisión) de cerca de 10 metros para que éste sea capaz de detectar estas partículas subatómicas.

Según los expertos consultados por ELMUNDO.es, cabe el error tanto en la parte experimental, que define los parámetros del experimento, como en la explicación de los resultados, trabajo que recae en los físicos teóricos. Será el escrutinio de los colegas el que diga si el resultado es válido o no. Los cimientos de la física moderna están en juego.

"Los neutrinos han dado muchas sorpresas en los últimos años. Pero, de confirmarse el resultado, sería la mayor sorpresa de todo el siglo, desde que se enunció la Teoría de la Relatividad Especial en 1905, desde que se estableció como paradigma de la física", explica José Bernabéu.

Fuente:

El Mundo Ciencia

¿Qué es un neutrino?

Especial: Neutrinos

¿Qué es un neutrino? Partícula fantasma o camaleón, el neutrino, partícula elemental de la materia es mil millones más numerosa en el universo que cada uno de los componentes de los átomos, pero sigue siendo increíblemente difícil de detectar.

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Fuente: http://www.lbl.gov

El neutrino, que intriga a los físicos desde los años sesenta, carece de carga eléctrica y eso le permite atravesar murallas.

Cada segundo, 66.000 millones de estas partículas atraviesan el equivalente de una uña humana. Y, sin embargo, un neutrino emitido por el Sol tiene una posibilidad de cien millones de detenerse en la Tierra...

Emitidos por las estrellas y la atmósfera, los neutrinos también pueden ser creados por la radioactividad llamada beta, como en las centrales nucleares. Cuando un protón se transforma en neutrón (eléctricamente neutro) o un neutrón en protón, esta mutación se acompaña de la emisión de un electrón negativo o positivo y de un neutrino (o de un “antineutrino").

El comportamiento de estas partículas inaprensibles interesa mucho a los científicos porque permitiría explicar sobre todo por qué el mundo está constituido mayoritariamente de materia y no de antimateria, cuando las dos deberían estar presentas en proporciones equivalentes después del Big Bang.

La observación de las “oscilaciones” de neutrinos, que se metamorfosean a veces en otras formas (o “sabores"), es también un elemento capital para la física. Porque para oscilar, estas partículas deben tener una masa, pero el “modelo estándar” utilizado para explicar el comportamiento de las partículas fundamentales implica que estén desprovistas de masa...
La existencia de su masa, aunque sea ínfima, ha sido establecida con certeza en 1998, después de treinta años de investigaciones.

“La existencia de un modelo que pueda explicar por qué el neutrino es tan pequeño, sin desvanecerse, tendrá profundas implicaciones para la comprensión de nuestro universo -cómo era, cómo ha evolucionado y eventualmente cómo morirá”, según Antonio Ereditato, físico del Instituto Nacional de Física Nuclear italiano.

Fuente:

ABC Tecnociencia