Experimento ICARUS indica que neutrinos no son superlumínicos

detector ICARUS

Esta ópera no se acaba todavía, es probablemente la ópera más larga y polémica en la historia, pero también una muy entretenida. Me refiero a la noticia que ha acaparado portadas desde septiembre pasado, cuando el experimento OPERA anunció la medición de la velocidad de neutrinos disparados desde CERN hasta el Laboratorio Nacional de Gran Sasso en el oeste de Roma, a 732 km de distancia. OPERA indicó que los neutrinos llegaron antes de lo esperado (suponiendo que se movían a la velocidad de la luz), nanosegundos para ser más precisos. Este resultado se ha conocido desde entonces como los neutrinos superlumínicos de OPERA (dentro del mundo de las noticias) o como la anomalía de OPERA (dentro de la comunidad científica).

Mediciones de ICARUS y OPERA: significa que los neutrinos se mueven a la velocidad de la luz, significa superlumínico.

Resultado de ICARUS

Desde el primer día se ha dicho que este resultado debe estar mal, como contaba en un post reciente, casi con fanatismo religioso. Algunos más serios han planteado argumentos científicos sólidos señalando que, de ser cierto, el resultado de OPERA contradice otros fenómenos bien conocidos. Los teóricos son muy creativos y siempre encontrarán argumentos a favor y contra, pero sin quitarles mérito (después de todo es a lo que me dedico), la física es una ciencia experimental y la mejor manera de verificar o refutar un resultado es reproduciendo el resultado de manera independiente. Esto es justamente lo que ICARUS (otro detector en Gran Sasso) ha hecho, han usado el mismo haz de neutrinos desde CERN pero su detector es diferente, por lo cual posibles errores sistemáticos de OPERA no aparecen en ICARUS (ver aclaración más abajo). El resultado de ICARUS muestra que los siete neutrinos estudiados no son superluminícos. En forma más precisa, ICARUS midió que siete neutrinos llegan a Gran Sasso desde CERN 0.3 ns antes de lo que lo haría un fotón, lo cual (aunque parece que fuesen superlumínicos) es consistente con , resultado esperado si los neutrinos se movieran a la velocidad de la luz. El gráfico más arriba muestra los resultados de ICARUS y OPERA, donde el eje horizontal corresponde a la diferencia en tiempo de vuelo de un fotón y un neutrino (medido en nanosegundos). Este gráfico deja claro que los neutrinos medidos por ICARUS se mueven con (neutrinos se mueven a la velocidad de la luz), muy distinto al valor ns (neutrinos se mueven más rápido que la luz) medido en OPERA. Los defensores de OPERA probablemente argumentarán que siete neutrinos (eventos como llaman los físicos) no es suficiente para refutar el resultado original, sin embargo habrán más mediciones.

Otras mediciones

Ya habíamos hablado de ICARUS en noviembre pasado, sin embargo en aquella oportunidad este experimento parecía refutar el resultado de OPERA basado en un modelo en particular, lo que hacía su resultado muy poco aceptable como una contradicción a OPERA ya que los resultados deben ser genéricos, independientes de un modelo. Esta vez es diferente, ICARUS ha repetido la medición de OPERA y ha encontrado una discrepancia, la cual para muchos es un clavo más en el ataúd de la anomalía de OPERA. Probablemente lo es, sin embargo esto no evitará que otros científicos quieran repetir la medición. La semana pasada estuve con miembros de un experimento diferente llamado Borexino, el cual lleva varios años estudiando neutrinos provenientes del Sol (aunque también han visto neutrinos provenientes de la Tierra, llamados geoneutrinos, lo que da para otro post…). Borexino está también en Gran Sasso y pueden ver los neutrinos provenientes de CERN, por lo tanto también intentarán medir la velocidad de los neutrinos. En EEUU, el experimento MINOS ha estado trabajando duro en el reanálisis de sus años de datos para mejorar la medición que realizaron en 2007. Estuve el pasado domingo con la persona a cargo de este análisis, que me contaba que hay dos analisis. Uno usa los datos que han tomado en todos estos años pero con un mejor entendimiento de sus sistemas electrónicos. En particular la fibra óptica que conecta los relojes atómicos con el sistema de GPS. El otro es de datos que se están tomando en este momento hasta abril, cuando el principal complejo de aceleradores de Fermilab sea detenido para mantención y modernización para el experimento NOvA en construcción. Allí comenzarán una nueva fase llamada MINOS+ que consiste en el mismo experimento MINOS pero con un haz de neutrinos más intenso y de mayor energía. También me dijo que no hay fecha estimada para presentar sus resultados, principalmente «porque Fermilab ha pedido revisar su análisis mil veces antes de hacerlo público, para evitar bochornos como los vividos por OPERA».

Resumiendo, la noche de ayer ICARUS ha hecho público un paper en el arXiv donde presenta el resultado de su medición de la velocidad de siete neutrinos desde CERN, encontrando que se mueven como se esperaba (no superlumínico). Este es probablemente la evidencia más clara que algo pudo andar mal en OPERA. De todas formas OPERA repetirá su medición en mayo. Como decía más arriba, la física es una ciencia experimental y todo lo que puede ser medido debe medirse. Detalles más técnicos en Francis Science News.

Aclaraciones

Es importante aclarar que los errores sistemáticos se refieren a errores presentes en la medición, típicamente se deben a problemas en la calibración de los instrumentos de medición o a cambios en el entorno del experimento que pueden afectar la medición. Estos no deben confundirse con la palabra error, que se refiere a una medición mal realizada. Muchos medios han confundido los dos términos haciendo parecer que los experimentales no hacen bien su trabajo ya que cometen errores, sin embargo esto ocurre sólo por un mal uso de la palabra error. En inglés es más fácil evitar este problema ya que se usan palabras diferentes: systematic error y mistake.

Otra aclaración que creo es importante (dado ciertos artículos leídos por ahí) es que los neutrinos son lanzados bajo tierra desde CERN hasta Gran Sasso, los cuales se mueven a través de la roca como si fuese transparente debido a que los neutrinos interactúan muy débilmente (literalmente) con la materia. No es que haya un túnel de 732 km de largo por el cual los neutrinos se mueven. Tampoco es que se lancen neutrinos y fotones (partículas de luz) al mismo tiempo en una carrera a través de un túnel y se mida quién llega antes. La confusión puede deberse a que hay túneles en CERN, los neutrinos son creados en lo que los físicos llaman un túnel de decaimiento (los protones machacan una barra de grafito generando una lluvia de partículas llamadas mesones que decaen en el túnel de decaimiento en varias partículas, incluyendo los neutrinos que van a Gran Sasso). También hay un túnel en Gran Sasso que va bajo la montaña y que se usa como acceso al laboratorio, el que fue construído allí para aprovechar que el túnel ya existía y así ahorrar mucho dinero en la construcción del mismo. Esta técnica es muy usada y muchos laboratorios subterráneos se construyen así como el Laboratoire Souterrain de Modane (también conocido como Fréjus Underground Laboratory) en un túnel que une Francia con Italia y el Laboratorio Subterráneo de Canfranc en un túnel bajo los Pirineos Españoles. En estos días Argentina, Brasil, Chile y México discuten la posibilidad de construir un laboratorio subterráneo junto al túnel Agua Negra (que unirá a Chile con Argentina bajo los Andes) llamado Andes Lab (Agua Negra Deep Experiment Site).