El último en Science es sobre el experimento OPERA y sus neutrinos.
No cuenta nada realmente nuevo, pero es una buena síntesis del estado actual de la cuestión.
Si tienes acceso a esta revista te recomiendo la lectura de Adrian Cho, “Superluminal Neutrinos: Where Does the Time Go?,” Science 334: 1200-1201, 2 Dec. 2011.
Para mí, Cho es todo un referente a seguir en divulgación científica.
¿Qué opina Cho que puede haber fallado en la medida de la velocidad de los neutrinos en el experimento OPERA?
¿Un efecto relativista no considerado?
¿La rotación de la Tierra?
¿Una medida errónea de la distancia?
¿Un problema de sincronización de los relojes?
“No, los errores más obvios no deben ser el problema,”
Sin embargo, la mayoría de los físicos cree(mos) que debe haber un error en la medida de la velocidad de los neutrinos obtenida por OPERA.
Muchos sospechan del sistema de GPS (Global Positioning System) utilizado para sincronizar los dos relojes en el CERN y en Gran Sasso que miden el tiempo de vuelo de los neutrinos con una precisión de nanosegundos.
De hecho, algunos expertos en GPS tienen dudas sobre si el equipo de OPERA dedicado a este asunto ha podido realizar una medida de tiempos tan precisa como afirman en su artículo.
¿Se descubrirá alguna vez el error?
Quizás nunca (ya ha ocurrido otras veces); si un experimento posterior contradice el resultado de OPERA, nadie se preocupará de encontrar el error.
En principio, la medida de OPERA es muy sencilla, medir la distancia recorrida por los neutrinos y dividirlo entre el tiempo que ha durado su viaje.
En la práctica, el experimento es muy delicado.
Por ejemplo, para medir el momento de producción del neutrino y el momento de su detección se utiliza un sistema de sincronización de dos relojes atómicos basado en receptores GPS de alta calidad.
Este sitema ”estampa el tiempo” para los protones que se producen en el CERN y para cada neutrino detectado en Gran Sasso.
Asignar estas “estampas temporales” es más complicado que leer la hora en un reloj.
En el CERN, la señal del GPS llega a un receptor en la sala central de control y necesita propagarse durante 10.085 nanosegundos por una red de cables, sistemas electrónicos y ordenadores hasta llegar al lugar donde será asignada la “estampa temporal” (por ello estos 10.085 nanosegundos han de ser añadidos al momento de salida de los protones).
Además, los datos de la lectura del momento de salida de los protones requieren un análisis por ordenador que tarda 580 nanosegundos y que también ha de ser restado a la “estampa temporal.”
Además, se han de añadir muchas otras pequeñas correcciones (algunas sumadas y otras restadas).
Todo el sistema ha sido calibrado con gran precisión, pero saber el momento de salida de los neutrinos con precisión no es tarea trivial.
En Gran Sasso pasa algo similar.
La mayoría de los físicos cree que hay un error sistemático sutil oculto en el experimento OPERA que explica el resultado obtenido (mis dudas apuntan a la “estampa temporal” en Gran Sasso, que Cho decide no discutir en su artículo en Science).
¿Por qué dudamos?
Hay muchas razones para dudar de que los neutrinos viajan a una velocidad mayor que la luz en el vacío.
Quizás la más importante es que el 23 de febrero de 1987,
los físicos japoneses del detector de partículas Super-Kamiokande detectaron un chorro de neutrinos que coincidió con un chorro de luz de una supernova a 180.000 años luz de distancia.
Si los neutrinos viajasen a la velocidad medida por OPERA habrían llegado
4 días antes.
Pero 4 días antes no se observó ninguno con la energía
asociada a la supernova.
Más aún, los físicos teóricos han predicho que los neutrinos de OPERA deben radiar energía, pero dicha radiación no ha sido observada ni en OPERA
ni en ICARUS.
¿Los físicos de OPERA han medido bien
la distancia que han recorrido los neutrinos?
Los investigadores de OPERA dedicados a las medidas geodésicas afirman que han medido la distancia con un error de 20 cm, cuando el error tendría que ser de 18 metros para permitir que los neutrinos hubieran
viajado a la velocidad de la luz.
¿Los físicos de OPERA han sincronizado
bien los relojes en el CERN y en Gran Sasso?
Para esta sincronización se han utilizado el sistema de GPS.
Algunos expertos han indicado que si dicho sistema no es muy estable podría haber errores de hasta 100 nanosegundos en la sincronización.
Estos expertos indican que OPERA debería haber recalibrado la sincronización de los relojes al menos una vez al mes durante la toma de datos.
Sin embargo, los físicos de OPERA afirman que lo calibraron en mayo de
2008 y en julio de 2011 y no observaron ningún cambio (más allá de unos pocos nanosegundos en 3 años).
Además, las fluctuaciones estadísticas en los GPS deberían conducir a variación aleatoria de la sincronización y es muy improbable que estas fluctuaciones sesgaran la medida en 60 ns.
¿Qué error pueden haber cometido los físicos de OPERA?
Mucha gente está apuntando a un error (bug) en el software.
Quizás un error tipográfico en un programa de ordenador que sesga el resultado de las medidas (como poner 28 ns donde habría que poner 82 ns).
Este tipo de errores humanos son muy díficiles de descubrir y nunca se puede estar seguro al 100% de que no se hayan cometido.
El problema de un error de este tipo es que solo los físicos de OPERA serán capaces de descubrirlo.
La solución de este asunto vendrá cuando el equipo de MINOS, en el Fermilab, mejore sus sistemas de medida y repita el experimento que realizaron en 2007 con una precisión comparable a la de OPERA.
Sus neutrinos son algo menos energéticos, pero recorren una distancia similar, unos 735 kilómetros entre el Fermilab y los detectores
en la mina de Sudán en Minnesota.
Los investigadores de MINOS esperan ser capaces de publicar un primer resultado a principios del año 2012, aunque no será tan preciso
como el de OPERA.
Pero una medida con precisión comparable requerirá más tiempo,
quizás un par de años.
En resumen, un buen resumen de Cho sobre el estado
actual de la cuestión que he resumido aquí con unos breves párrafos.
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