Los neutrinos sacan una ventaja de 20 metros a los fotones al recorrer los 730 kilómetros. CERN.
Después de décadas sospechando que los neutrinos podían superar la velocidad de la luz, científicos europeos han podido establecer, después de seis meses de experimentos con más de 15.000 neutrinos, que efectivamente es así. La comunidad científica ha reaccionado con cautela ante un descubrimiento que cuestiona las bases de la física moderna.
Un equipo de físicos agrupados en torno al proyecto Opera, que estudia las oscilaciones de neutrinos, descubrió que los neutrinos muónicos producidos en el CERN de Ginebra, enviados por debajo de la superficie terrestre en forma de haces de partículas hasta un detector situado en Italia, bajo el Gran Sasso, a 730 kilómetros de distancia de Ginebra, alcanzaron una velocidad superior a la de la luz en el vacío.
El avance de estas partículas, respecto a la luz, fue de 60 nanosegundos, lo que significa que cuando los neutrinos llegaron a Gran Sasso, la luz estaría todavía 20 metros detrás de ellos.
Aunque estos resultados requieren todavía más comprobaciones, los protagonistas del descubrimiento señalan que el efecto observado, sea cual sea su origen, es real y no puede deberse a fluctuaciones estadísticas en las mediciones.
En un comunicado emitido por el CNRS de Francia, el investigador Dario Autiero explica: Estas medidas presentan pocas dudas y una estadística tan consistente que nos proporcionan unos datos muy fiables. De todas formas, esperamos contrastar nuestras mediciones con otras experiencias, ya que nada en nuestros resultados nos permite explicar por qué parecemos observar neutrinos con exceso de velocidad.
Antonio Ereditato, de la Universidad de Berna y portavoz de Opera, añade: este resultado fue totalmente inesperado. Muchos meses de investigación y comprobaciones no nos han permitido identificar un efecto instrumental que pudiera explicar los resultados de nuestras mediciones.
Partículas fantasmagóricas
Los neutrinos se forman en el interior de las estrellas, cuando el hidrógeno se transforma en helio. Apenas reaccionan con la materia, por lo que su presencia resulta casi indetectable.
Aunque billones de neutrinos atraviesan nuestros cuerpos cada segundo, debido a su débil masa, a su ausencia de carga eléctrica y de su débil interacción con la materia, pueden atravesar la Tierra de un extremo a otro sin dejar huella alguna de su paso, lo que ha obsesionado a los científicos durante casi un siglo.
En el caso del experimento de Opera, un detector subterráneo de neutrinos fue construido en los montes Abruzos, en Italia, con la misión de observar un haz de neutrinos producidos por el laboratorio de física del CERN, en Suiza.
Los fotones, que son las partículas de luz, recorren la distancia que separa esos dos puntos en 2,4 milisegundos. Los neutrinos, sin embargo, van más deprisa, sacando una ventaja de 20 metros a los fotones, invirtiendo 60 nanosegundos menos para recorrer los 730 kilómetros.
Para validar las observaciones, los protagonistas del experimento se apoyaron en especialistas en metrología del CERN. Las distancias y los tiempos fueron verificados con ayuda de satélites y relojes atómicos, hasta alcanzar un margen de error de 20 centímetros sobre los 730 kilómetros que separan el CERN del Gran Sasso, así como una precisión de 10 nanosegundos sobre los 60 que han provocado la anomalía.
Los investigadores, según Le Monde, han actuado de forma ejemplar, al exponer sus descubrimientos abiertamente a la valoración de sus colegas mediante la publicación de un artículo en un sitio especializado.
Posible revolución en la física
Según explica el físico francés Yves Sacquin, ningún teórico había previsto nunca nada así. Los investigadores observaron una anomalía al analizar sus datos y pensaron que debía haber un error. Hicieron verificaciones para encontrar el origen del fallo, pero no encontraron nada. Por eso se decidieron a pedir a la comunidad científica que contrastara el experimento para descubrir dónde podía estar la anomalía.
Si estos resultados fueran confirmados por otros experimentos, la velocidad de la luz, de 299.792.458 metros por segundo, perdería el récord absoluto e infranqueable, afectando a los fundamentos más básicos de la física moderna: los cambios que puede provocar un resultado de este tipo en las leyes físicas pueden ser resumidos como que el espacio-tiempo posee una estructura más compleja que la que se asume en la física actual, explica Dario Autiero (ver video).
Un equipo de físicos agrupados en torno al proyecto Opera, que estudia las oscilaciones de neutrinos, descubrió que los neutrinos muónicos producidos en el CERN de Ginebra, enviados por debajo de la superficie terrestre en forma de haces de partículas hasta un detector situado en Italia, bajo el Gran Sasso, a 730 kilómetros de distancia de Ginebra, alcanzaron una velocidad superior a la de la luz en el vacío.
El avance de estas partículas, respecto a la luz, fue de 60 nanosegundos, lo que significa que cuando los neutrinos llegaron a Gran Sasso, la luz estaría todavía 20 metros detrás de ellos.
Aunque estos resultados requieren todavía más comprobaciones, los protagonistas del descubrimiento señalan que el efecto observado, sea cual sea su origen, es real y no puede deberse a fluctuaciones estadísticas en las mediciones.
En un comunicado emitido por el CNRS de Francia, el investigador Dario Autiero explica: Estas medidas presentan pocas dudas y una estadística tan consistente que nos proporcionan unos datos muy fiables. De todas formas, esperamos contrastar nuestras mediciones con otras experiencias, ya que nada en nuestros resultados nos permite explicar por qué parecemos observar neutrinos con exceso de velocidad.
Antonio Ereditato, de la Universidad de Berna y portavoz de Opera, añade: este resultado fue totalmente inesperado. Muchos meses de investigación y comprobaciones no nos han permitido identificar un efecto instrumental que pudiera explicar los resultados de nuestras mediciones.
Partículas fantasmagóricas
Los neutrinos se forman en el interior de las estrellas, cuando el hidrógeno se transforma en helio. Apenas reaccionan con la materia, por lo que su presencia resulta casi indetectable.
Aunque billones de neutrinos atraviesan nuestros cuerpos cada segundo, debido a su débil masa, a su ausencia de carga eléctrica y de su débil interacción con la materia, pueden atravesar la Tierra de un extremo a otro sin dejar huella alguna de su paso, lo que ha obsesionado a los científicos durante casi un siglo.
En el caso del experimento de Opera, un detector subterráneo de neutrinos fue construido en los montes Abruzos, en Italia, con la misión de observar un haz de neutrinos producidos por el laboratorio de física del CERN, en Suiza.
Los fotones, que son las partículas de luz, recorren la distancia que separa esos dos puntos en 2,4 milisegundos. Los neutrinos, sin embargo, van más deprisa, sacando una ventaja de 20 metros a los fotones, invirtiendo 60 nanosegundos menos para recorrer los 730 kilómetros.
Para validar las observaciones, los protagonistas del experimento se apoyaron en especialistas en metrología del CERN. Las distancias y los tiempos fueron verificados con ayuda de satélites y relojes atómicos, hasta alcanzar un margen de error de 20 centímetros sobre los 730 kilómetros que separan el CERN del Gran Sasso, así como una precisión de 10 nanosegundos sobre los 60 que han provocado la anomalía.
Los investigadores, según Le Monde, han actuado de forma ejemplar, al exponer sus descubrimientos abiertamente a la valoración de sus colegas mediante la publicación de un artículo en un sitio especializado.
Posible revolución en la física
Según explica el físico francés Yves Sacquin, ningún teórico había previsto nunca nada así. Los investigadores observaron una anomalía al analizar sus datos y pensaron que debía haber un error. Hicieron verificaciones para encontrar el origen del fallo, pero no encontraron nada. Por eso se decidieron a pedir a la comunidad científica que contrastara el experimento para descubrir dónde podía estar la anomalía.
Si estos resultados fueran confirmados por otros experimentos, la velocidad de la luz, de 299.792.458 metros por segundo, perdería el récord absoluto e infranqueable, afectando a los fundamentos más básicos de la física moderna: los cambios que puede provocar un resultado de este tipo en las leyes físicas pueden ser resumidos como que el espacio-tiempo posee una estructura más compleja que la que se asume en la física actual, explica Dario Autiero (ver video).
Yves Sacquin señala al respecto: Si todo esto es verdad, la Teoría de la Relatividad en su conjunto será cuestionada, a pesar de que ha sido verificada muchas veces por experimentos desarrollados en los últimos años. Estos resultados cuestionan tantas cosas de la Teoría General de la Relatividad, que no se pueden aceptar sin más. Hay que tomarlos con pinzas…
Wired ya ha avanzado algunas hipótesis de los posibles fallos del experimento de Opera, pero será preciso esperar otros experimentos con neutrinos, que se van a llevar a cabo en Japón (SuperKamiokande) y Estados Unidos (MiniBoone), en los próximos meses y años, para confirmar o desmentir las observaciones de los científicos europeos.
Escepticismo y cautela
De momento, la cautela predomina en la comunidad científica. De un lado, porque se conoce tan poco de los neutrinos, que es posible que algo se haya escapado en el experimento. De otro lado, no es la primera vez que un descubrimiento con neutrinos resulta fallido: en los años 80 muchos equipos creyeron haber encontrado un neutrino más pesado de lo previsto, pero luego se descubrió que todo se debió a un error en el experimento.
Lo más difícil para la comunidad científica es conjugar este descubrimiento con constataciones validadas múltiples veces de la Teoría General de la Relatividad y que contradicen lo que se ha observado en esos 730 kilómetros: la conocida ecuación E=mc2, que une la energía, la masa y la velocidad de la luz en el vacío (la c de la ecuación) debería ser replanteada. Todos, incluso los científicos de Opera, se muestran prudentes al respecto.
Scientific American ya advierte sin embargo que, si los resultados de Opera se repiten en uno de estos experimentos paralelos, las consecuencias científicas serían considerables.
Wired ya ha avanzado algunas hipótesis de los posibles fallos del experimento de Opera, pero será preciso esperar otros experimentos con neutrinos, que se van a llevar a cabo en Japón (SuperKamiokande) y Estados Unidos (MiniBoone), en los próximos meses y años, para confirmar o desmentir las observaciones de los científicos europeos.
Escepticismo y cautela
De momento, la cautela predomina en la comunidad científica. De un lado, porque se conoce tan poco de los neutrinos, que es posible que algo se haya escapado en el experimento. De otro lado, no es la primera vez que un descubrimiento con neutrinos resulta fallido: en los años 80 muchos equipos creyeron haber encontrado un neutrino más pesado de lo previsto, pero luego se descubrió que todo se debió a un error en el experimento.
Lo más difícil para la comunidad científica es conjugar este descubrimiento con constataciones validadas múltiples veces de la Teoría General de la Relatividad y que contradicen lo que se ha observado en esos 730 kilómetros: la conocida ecuación E=mc2, que une la energía, la masa y la velocidad de la luz en el vacío (la c de la ecuación) debería ser replanteada. Todos, incluso los científicos de Opera, se muestran prudentes al respecto.
Scientific American ya advierte sin embargo que, si los resultados de Opera se repiten en uno de estos experimentos paralelos, las consecuencias científicas serían considerables.