Medir la velocidad de los neutrinos permite medir su masa, pero en una distancia de 734 km se requiere una precisión de femtosegundos. Imposible de lograr, hoy nos conformamos con medidas de nanosegundos. El doble detector de neutrinos MINOS usando el haz NuMI del Fermilab ha logrado la medida más precisa (v/c−1) = (1,0 ± 1,1) × 10−6. Por supuesto la medida es consistente con lo esperado para una neutrino con una masa menor de 0,2 eV/c².
El artículo es MINOS Collaboration, “Precision measurement of the speed of propagation of neutrinos using the MINOS detectors,” arXiv:1507.04328 [hep-ex].
Ninguna partícula puede moverse a una velocidad mayor que la velocidad de la luz en el vacío (c). La velocidad de una partícula depende de su energía cinética. Como los neutrinos tienen una masa tan pequeña (menor de 0,2 eV/c²), en la práctica se mueven (casi) a la velocidad de la luz en el vacío (incluso a través de la materia de la corteza terrestre); por ejemplo, para una energía de 10 eV se mueven al 99,99 %, para una energía de 1 KeV se mueven al 99,99999 %, y para experimentos como OPERA o MINOS con neutrinos de energías en la escala de 1 GeV su velocidad es mayor del 99,99999999999999999 % de la velocidad de la luz en el vacío (para todos los efectos prácticos es v=c).
Recordarás que en septiembre de 2011 el experimento OPERA (Laboratorio Nacional de Gran Sasso) afirmó que los neutrinos (muónicos) eran superlumínicos. Varios experimentos trataron de repetir su medida (entre ellos MINOS), por lo que solicitaron financiación específica. Más tarde, primavera de 2012, se descubrió que la medida era incorrecta (resultado de errores sistemáticos no considerados, pero que se podían descontar de los datos). Hoy sabemos que los datos de OPERA indican que los neutrinos son sublumínicos (v≈c), como debe ser.
El experimento MINOS tiene una ventaja sobre OPERA, tiene dos detectores de neutrinos, un detector cercano en el Fermilab (cerca de Chicago) y un detector lejano en la Mina de Soudan (cerca de la frontera entre EEUU y Canadá). Desde el Fermilab se emite un haz de neutrinos muónicos (llamado NuMI) gracias a 0,8×1020 protones con un momento de 120 GeV/c que colisionaron con un blanco de grafito entre marzo y abril de 2012 (cuando se descubrió el error de OPERA el experimento se interrumpió). El blanco produce piones y kaones cargados que se dirigen hacia un tubo relleno de helio de 675 m donde se producen los neutrinos muónicos (νµ) con un pico de energía centrado en 3 GeV. Los protones se agrupan en series (batches) de 1,6 µs separados por unos 100 ns. Cada serie tiene 81 paquetes (bunches) cada uno de 0,8 ns espaciados por 18,83 ns.
Para la medida de los tiempos de llegada de los neutrinos se usa un sistema basado en GPS periódicamente calibrado y un nuevo sistema de sincronización (llamado TWSTT, por Two Way Satellite Time and Transfer). No quiero entrar en los detalles técnicos, pero el resultado es la medida más precisa de la velocidad de vuelo de los neutrinos, consistente con la velocidad de la luz en el vacío dentro del margen de error sistemático considerado. La diferencia medida para el tiempo de llegada con respecto a la velocidad de la luz en el vacío es de δ = (2,4±0,1(stat.)±2,6(syst.)) ns, que está dominada por los errores sistemáticas, siendo consistente con δ = 0. La velocidad de los neutrinos medida es (v/c−1) = (1,0±1,1)×10−6.
MINOS aprovechó el boom de OPERA y solicitó financiación. Cuando el boom de OPERA decayó, la financiación se cortó. Aún así, tener el nuevo récord es todo un honor para MINOS, lo que nos recuerda que EEUU sigue en el mapa de la física de los neutrinos.
Y dará muchas sorpresas en los próximos años.
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