Nuevos resultados sobre neutrinos en OPERA

Detector OPERA

Actualización: nueva sección sobre ICARUS vs. OPERA

Hace casi dos meses la colaboración científica que realiza el experimento OPERA en Italia hizo público un anuncio que no dejó indiferente a nadie: en su estudio sobre las pequeñas partículas llamadas neutrinos midieron que dichas partículas fundamentales parecían moverse más rápido que la luz (ver extenso post al respecto).  La importancia de dicho hallazgo (de confirmarse) radica en que podría implicar que unos de los pilares fundamentales de la relatividad de Einstein (que los físicos llaman simetría de Lorentz) se vendría abajo. La relatividad de Einstein es al mismo tiempo uno de los bloques básicos de nuestras teorías más exitosas: la Relatividad General (que describe la gravedad) y el Modelo Estándar (que describe todas las partículas de la materia y sus interacciones, sin incluir la gravedad).

Los medios de comunicación hicieron eco de la relevancia de este anuncio (que muchas veces fue tratado como un descubrimiento aunque falta bastante para calificarlo así) con titulares rimbombantes y a veces con información algo tergiversada al respecto, sin embargo causó que el público general se interesara en estos temas, se hiciera preguntas, y además se enterara que física de partículas es un campo de estudio que va más allá del LHC y su búsqueda del bosón Higgs, lo cual es muy positivo.

La comunidad científica se mostró escéptica (como debe ser) tanto al resultado como al tratamiento de las posibles fuentes de error. Las críticas fueron como dardos que apuntaron principalmente en dos direcciones: 1. el sistema que midió el tiempo que tardan los neutrinos en llegar desde CERN hasta el detector OPERA, en particular al sistema de GPS usado para sincronizar los relojes atómicos utilizados; y 2. la manera en que el flujo de neutrinos fue medido desde su fuente en CERN y al llegar al detector.


Mismo experimento, nueva configuración.

Los neutrinos son creados en CERN machacando un blanco con un haz de protones que genera una lluvia de partículas que al decaer produce neutrinos. Estos neutrinos no son creados uno a uno, más bien son lanzados como una ráfaga de partículas. El tiempo de duración de dichas ráfagas puede controlarse variando la manera en que los protones chocan con el blanco. Hace unas semanas OPERA anunció que los pulsos (ráfagas) de neutrinos creados en CERN había sido modificado, pulsos más cortos (cerca de 2 nanosegundos, en vez de 10 nanosegundos usando antes) permiten tener mayor precisión en la medición y así responder a quienes postulaban que ésta era la fuente de error que hacía parecer que los neutrinos se movían más rápidos que la luz. En su momento Francis presentó más detalles al respecto aquí. Además de usar pulsos cortos, se incrementó el espaciamiento entre pulsos, de esta manera OPERA pudo medir individualmente el tiempo de vuelo de 20 neutrinos, contrario a la medición promedio realizada antes.


Nuevo resultado: reafirmación no es confirmación

Los resultados de esta medición han sido anunciados esta tarde, los que muestran que incluso con los pulsos cortos los 20 neutrinos analizados llegan 60 nanosegundos antes de lo esperado, es decir, los neutrinos continúan mostrando que se mueven más rápido que la luz!
Qué significa esto? Aquí es muy importante ser enfático en que este nuevo resultado no es una confirmación, sino más bien una reafirmación del resultado original de OPERA. No es una confirmación porque para ello el resultado debe ser verificado por un experimento independiente. Sin embargo esto no le quita importancia a la nueva medición ya que se esperaba que OPERA refutara su propio resultado. El hecho de que un nuevo análisis sea tan consistente con el resultado original le otorga un nivel muy robusto y más confiable. No sólo los números obtenidos en las mediciones son los mismos que en el resultado de septiembre, sino que además se ha indicado que diferentes grupos dentro de la colaboración han verificado los resultados independientemente (verificación no realizada antes), lo que deja a los miembros de OPERA con una mayor seguridad de que saben lo que están haciendo. Por supuesto existe la posibilidad de que estén cometiendo el mismo error nuevamente, pero este nuevo resultado permite eliminar la más sospechosa de las posibles fuentes de error que podrían estar simulando una señal no real. El siguiente paso será estudiar con detalle la sincronización de los relojes atómicos, la otra sospechosa de causar un error.

En resumen, OPERA ha verificado los valores obtenidos en septiembre y la nueva medición reafirma el resultado anómalo que muestra neutrinos moviéndose más rápido que la luz. Los neutrinos superlumínicos no han sido conformados aún, para ello habrá que esperar los resultados de MINOS en 2012.

La nueva versión del paper de OPERA puede encontrarse aquí, y un análisis con detalles técnicos del nuevo resultado de OPERA se encuentra acá.

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Sección añadida en Noviembre 21, 2011

Detector ICARUS

ICARUS versus OPERA

El día de hoy los medios nos han bombardeado con una “nueva” información: otro experimento en Italia llamado ICARUS ha demostrado que los neutrinos no son superlumínicos y por lo tanto ha refutado el resultado de OPERA. Hay varios problemas con esta afirmación las cuales describo a continuación:

  1. La noticia no es nueva, el análisis realizado por el equipo que conforma el experimento ICARUS fue anunciado hace más de un mes (17 Octubre), días en los que Francis presentó la noticia con un elocuente “…ICARUS no refuta  a OPERA…” Quise escribir al respecto pero me encontraba de viaje y Francis ya había realizado una excelente labor aclarando los rimbombantes pero erróneos titulares. Personalmente desconozco el motivo por el cual hoy se ha hablado de esta vieja noticia como si fuese nueva, cuando ya sabíamos del análisis de ICARUS hace más de un mes, algo está muy mal con los medios.
  2. El experimento ICARUS usa el mismo haz de neutrinos desde CERN usado por OPERA, sin embargo ICARUS no midió el tiempo de vuelo de los neutrinos entre Suiza y Gran Sasso, por lo tanto ICARUS no puede confirmar o refutar el resultado de OPERA de manera directa usando el análisis que ha presentado hasta la fecha.
  3. El análisis de ICARUS se basa en una propuesta teórica presentada días después del anuncio de OPERA. El 29 de septiembre, Andrew G. Cohen y Sheldon Lee Glashow (el parecido del nombre con Sheldon Lee Cooper es sólo una coincidencia) mostraron que si los neutrinos se mueven más rápido que la luz entonces estos perderían energía al propagarse. Esta pérdida de energía no fue observada en OPERA por lo cual se considera una prueba teórica de que algo debe estar mal con la interpretación de neutrinos superlumínicos ya que la no observación del fenómeno significaría que los neutrinos viajaron más lento que la luz. El paper de Cohen y Glashow (CG de aquí en adelante) es uno de los más notables entre los cientos de papers que se han presentados desde el anuncio de OPERA y es además el único de estos cientos que ha sido publicado en una revista científica hasta la fecha (también ha recibido críticas por su poca referencia a trabajos anteriores en los que la misma idea había sido expuesta, ver por ejemplo la interesante crítica de Francis a la revisión del paper CG). Sin embargo, algo que no se menciona demasiado es que el cálculo de este paper se basa en un límite muy particular (obtenido después de una serie de aproximaciones) de una teoría más general. Esto no significa que el resultado esté mal, sin embargo dado que el resultado de OPERA nos llevaría a cuestionarnos los fundamentos de la relatividad no es una buena idea utilizar un conjunto de suposiciones para tratar de verificar o excluir un resultado experimental.
  4. ICARUS buscó si los neutrinos perdían energía como el argumento de CG describe si los neutrinos fuesen superlumínicos. El resultado es que ICARUS no encontró dicha pérdida de energía. Sin embargo eso es algo que ya sabíamos porque OPERA tampoco observó este fenómeno. Desde este punto de vista el resultado de ICARUS no entrega nueva información en lo absoluto, y mucho menos refuta el resultado de OPERA.
  5. Resumiendo, ICARUS no refuta el resultado de OPERA, ICARUS sólo reafirma un resultado que ya conocíamos hace meses de OPERA: la pérdida de energía predicha por CG (basándose en una serie de suposiciones) no se observa. Las posibilidades son:
    a) los neutrinos no son superlumínicos, algo que hasta la fecha ningún experimento ha verificado;
    b) las suposiciones usadas por CG son insuficientes para una descripción completa de los neutrinos, lo cual tampoco tiene verificación experimental hasta la fecha.

En conclusión, el paper de CG proporciona un interesante argumento teórico que parece complicar la interpretación de neutrinos que viajan más rápido que la luz, sin embargo el argumento no es general por lo cual los neutrinos podrían ser superlumínicos ya que la naturaleza podría simplemente no satisfacer las suposiciones de CG. El resultado de ICARUS es interesante porque es consistente con la observación de OPERA, sin embargo no proporciona información alguna para verificar o refutar la interpretación de neutrinos superlumínicos.

Una vez más, desconozco el motivo por el cual esta noticia que tiene más de un mes ha sido presentada hoy como nueva, sin embargo los titulares rimbombantes y erróneos que hablan de la refutación del resultado de OPERA basados en argumentos infundados siguen igual de erróneos. Quizás los medios están muy sensibles por la importancia del anuncio de OPERA y están ansiosos de que haya nuevos anuncios, sin embargo bombardear al público con información antigua y errónea sólo lleva a que se pierda el interés en el que podría ser el descubrimiento del siglo. Personalmente me mantengo escéptico del resultado hasta que MINOS presente pruebas de que el mismo fenómeno se observa en un experimento independiente. Habrá que esperar unos meses para ello.

Acerca de Jorge Diaz

Jorge es Investigador Postdoctoral en el Karlsruher Institut für Technologie, Alemania. Se dedica a la Astrofísica de Partículas estudiando neutrinos, rayos cósmicos y fotones de alta energía. Obtuvo su Ph.D. en Física de Partículas en Indiana University, Estados Unidos. En Twitter: @jsdiaz_
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19 respuestas a Nuevos resultados sobre neutrinos en OPERA

  1. Storm dijo:

    En la última decada el Universo se está mostrando mucho más complicado de lo que se ímaginaba.

  2. ShushoAcasuso dijo:

    La mansa cagaita que va quedar en la fisica teórica si los neutrinos….

    oigan solo una pregunta…

    ¿imagino que estan mandando los neutrinos en una linea recta cierto?, parecerá ridicula mi pregunta, imagino que si, que los neutrinos siguen una recta desde el cern hasta el gran sasso……..

    • Jorge Diaz dijo:

      No es una pregunta ridícula ya que a veces no informa sobre los detalles del experimento, en el caso de tu pregunta el beam de neutrinos. La respuesta es sí, los neutrinos se mueven en línea recta desde CERN hasta Gran Sasso. Dada la distancia, el haz de neutrinos debe ser apuntado hacia abajo del horizonte, de tal manera que los neutrinos recorren los 732 km bajo la superficie de la Tierra.
      En esta web hay mas detalles al respecto, incluyendo un cartoon del beam cruzando Italia: http://operaweb.lngs.infn.it/spip.php?rubrique41

      • Pero no deberían mandarlo de una forma de que siguiera la geodésica? (o para estos efectos no es relevante?)

        Ya me respondí. Debiera ser recta (entremedio de la tierra). no?

      • ShushoAcasuso dijo:

        claro, yo tenia esta duda porque varios teóricos han propuesto en este rato que una explicacion seria que los neutrinos penetraron en una dimension extra (debido a las “altas” energias imagino), y que al encontrar un camino mas corto, entonces llegaron antes que la luz….pero yo pienso : que camino mas corto que una linea recta, pensando en que en nuestra tierra el espacio es plano….quizas aquellas dimensiones extras ofrecerian una nocion de distancia (metrica) que permitiria que los neutrinos lleguen antes que la luz , aun llendo a una velocidad menor que ella….
        no soy un experto como ustedes, pero creo que si los neutrinos penetraran en una dimension extras, seria una hipotesis que no “hecharia abajo” a algunos aspectos de la relatividad especial……

      • Jorge Diaz dijo:

        Es cierto que la interpretación de que los neutrinos pudieron propagarse por dimensiones extra (y así tomarles menos tiempo en llegar desde CERN hasta Gran Sasso) “salvaría” a la relatividad de la necesidad de ser modificada; sin embargo se ha demostrado que de ser así un principio fundamental se vendría abajo (es una condición llamada “null energy condition”), que haría que toda la teoría fuese inestable y por lo tanto poco realista. Acá está la referencia técnica al respecto: “Superluminal neutrinos and extra dimensions: constraints from the null energy condition”.
        Dado lo poco realista de una teoría con neutrinos en dimensiones extra, la idea no es vista con buenos ojos por la comunidad científica, a pesar de que los medios sigan mencionando esta idea como una posible solución a la anomalía de OPERA.

      • ShushoAcasuso dijo:

        muchas gracias
        que es una teoria inestable????

      • Jorge Diaz dijo:

        Perdón por usar la expresión “teoría inestable” sin profundizar.
        En física de partículas, las teorías se construyen en base a una serie de postulados que llevan a consequencias que deben compararse con experimentos y principios establecidos. Uno de los principios fundamentales es llamado estabilidad y puede entenderse con una analogía muy simple:

        Si queremos construir un edificio debemos asegurarnos que el suelo sea estable para que el edificio no se nos venga abajo una vez terminado.

        En una teoría física la idea es la misma, sólo que en vez de construir un edificio se “construye” se llama el espectro de la teoría (espectro es el nombre del conjunto de propiedades como la energía que pueden tener las partículas) y el suelo es lo que se conoce como el vacío de la teoría.
        Si el vacío de la teoría no es estable (lo que ocurre en las teorías llamadas inestables), entonces el espectro de la teoría se derrumba. Sin espectro no hay propiedades que medir en un experimento y sin eso la teoría no es teoría sino que un conjunto de suposiciones no realistas. Esto es lo que pasa con los neutrinos en dimensiones extra. Cuéntame si esta explicación ayuda.
        Saludos

      • ShushoAcasuso dijo:

        muchas gracias jorge, tu definición me ayuda bastante,
        esa definicion la habia escuchado muchas veces, pero nunca me habia dado el tiempo de averiguar que era,

        ¿podriamos decir que una teoria donde hay particulas de masa imaginaria (compleja) es inestable por ejemplo?

      • ShushoAcasuso dijo:

        ese concepto lo habia escuchado muchas veces quise decir, el de inestable, la definicion no la habia escuchado nunca….
        10-4

  3. Pingback: Neutrinos más rápidos que la luz en experimento OPERA « Conexión causal

  4. ShushoAcasuso dijo:

    ese concepto lo habia escuchado muchas veces quise decir, el de inestable, la definicion no la habia escuchado nunca
    10-4

  5. martin jaramillo dijo:

    También resultó variable la velocidad de la luz.
    Para la Teoría de la Relatividad, Einstein se basó en la invariancia de la luz, ya que en ese momento se creía que la constante c era una verdad científica comprobada por el experimento de Michelson y Morley, el cual fue tan reconocido que se le dio el Premio Nobel.
    Einstein no tuvo la culpa del error, parece que Einstein apenas si conocía del experimento de M y M, los que se equivocaron fueron los que malinterpretaron los resultados del experimento, diciendo que con los resultados obtenidos se demostraba la invariancia de la luz.
    Hoy nos damos cuenta que el experimento demuestra todo lo contrario a lo creyeron los que en aquel momento histórico malinterpretaron los resultados del experimento, el cual realmente demuestra lo contrario: que la velocidad de la luz NO ES constante y que depende de la velocidad de la fuente que la emite.
    Las ecuaciones de Maxwell también, desafortunadamente, fueron mal interpretadas porque entre sus conclusiones está la invariancia de la luz y la velocidad de la luz resultó NO ser constante.
    ” La Teoría de la Relatividad es la consecuencia de un error interpretativo.” Y los errores interpretativos fueron sobre las conclusiones del experimento de M y M y sobre las conclusiones de las ecuaciones de Maxwell.
    La teoría de la relatividad fue una necesidad para poder explicar lo que sucedía en la realidad, después de creer que c era constante. La teoría de la relatividad es válida si la velocidad de la luz es constante.
    El experimento de Michelson y Morley se repitió muchas veces, incluso los nuevos interferómetros fueron con múltiples espejos y siempre se han obtenido los mismos resultados verdaderos y se han sacado las mismas falsas interpretaciones.
    El error interpretativo se presentó al considerar la velocidad de la luz con respecto a la tierra en su movimiento solidario con el interferómetro y no con respecto a un punto de referencia en el espacio, como debió de haber sido, por ejemplo con respecto a un punto fijo sobre la trayectoria elíptica de la traslación de la tierra alrededor del sol.
    Si se interpretan adecuadamente los resultados del experimento, nos damos cuenta que los fotones compañeros tienen que recorrer dentro de los brazos del interferómetro distancias diferentes en el mismo tiempo, lo que demuestra que la velocidad de la luz NO ES CONSTANTE, aunque las conclusiones de las ecuaciones de Maxwell también afirmen lo contrario.
    También sabemos que a lo largo de más de 100 años muchos otros experimentos han confirmado la teoría de la relatividad con base en una velocidad de la luz constante. Es que La teoría de la relatividad es válida si la velocidad de la luz fuera constante.
    Einstein hizo maravillas inventándose la teoría de la relatividad para poderle explicar lo que pasaba a todo el mundo, que estaba convencido de que la velocidad de la luz era constante.
    A los amigos que entienden del tema, si miran la demostración y amigablemente me corrigen y me muestras donde puedo estar equivocado, Yo les agradecería infinitamente.
    Cordialmente: Martín Jaramillo.
    Para conocer la demostración del error de Michelson y Morley, debes solicitarla a martinjaramilloperez@gmail.com ya que es una demostración geométrica que no se puede incluir en este comentario.

    Videos experimento M y M


    LO MÁS GRAVE E INEXPLICABLE DE ESTE ASUNTO es que todos (como en el video), Absolutamente todos los que examinamos el experimento de M y M aceptamos que los dos fotones compañeros recorren distancias diferentes a lo largo de LOS BRAZOS DEL INTERFERÓMETRO, aceptamos que salen y llegan iguales al espejo semirreflectante, o sea en igual tiempo.

    Los fotones compañeros salen del espejo semirreflectante en el mismo instante y regresan a el en el mismo instante y todos aceptamos que recorrieron distancias diferentes.

    Para mi, …. Recorrer distancias diferentes en el mismo tiempo significa: Hacerlo a velocidades diferentes, y CURIOSAMENTE para el resto de los humanos significa lo contrario y creen y quedan convencidos de que sus velocidades fueron iguales.

    Señores, el experimento M y M demuestra lo contrario: LA VELOCIDAD DE LA LUZ ES VARIABLE Y DEPENDE DE LA FUENTE QUE LA EMITE.

    Afortunadamente ya no me pueden condenar a la hoguera.

    Yo creo que ya es hora de que recapaciten.

    Martín

  6. m.estrada dijo:

    perdon por hablarles de otra cosa,
    alguien sabe como se instala el paquete revtex o el paquete jepub para miktex , pero usando window 7???

    pregunté en forum.lawebdefisica.com y no pude lograrlo

    y también leí algunos link en inglés, pero no me resulta :(

    si me pueden ayudar se los agradeceria mucho

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