El CERN confirma que los neutrinos viajan más rápido que la luz


Los físicos se siguen mostrando escépticos, a pesar de que un nuevo experimento ha vuelto a obtener el mismo resultado con menos error probable.
Antes de todo, aclaremos lo que es un neutrino, para los todavía no lo sepan

Los neutrinos son partículas subatómicas, diminutas — verdaderamente diminutas— partículas de materia. Son tan pequeñas, de hecho, que pasan entre, e incluso a través de, los átomos sin interactuar con ellos en absoluto. Los neutrinos están por todas partes: Si empiezas a contar ahora, habrán pasado más de 100 trillones de ellos (esto es 1019) a través de tu cuerpo cuando finalices este artículo. Aún así, sólo uno de esos 100 trillones de neutrinos probablemente interactuará con un átomo de tu cuerpo. El resto pasará siguiendo alegremente su camino.

Desde hace unos años se sabe, en contra de lo que se pensaba, que estas partículas tienen masa, pero muy pequeña, y es muy difícil medirla. Hoy en día (2011), se cree que la masa de los neutrinos es inferior a menos de una milmillonésima de la masa de un átomo de hidrógeno. Su conclusión se basa en el análisis de la distribución de galaxias en el universo y es, según afirman estos científicos, la medida más precisa hasta ahora de la masa del neutrino. Además, su interacción con las demás partículas es mínima por lo que pasan a través de la materia ordinaria sin apenas perturbarla.

La masa del neutrino tiene importantes consecuencias en el modelo estándar de física de partículas ya que implicaría la posibilidad de transformaciones entre los tres tipos de neutrinos existentes en un fenómeno conocido como oscilación de neutrino.

En todo caso, los neutrinos no se ven afectados por las fuerzas electromagética o nuclear fuerte, pero sí por la fuerza nuclear débil y la gravitatoria.

Un nuevo experimento con un haz de neutrinos dirigido desde el CERN, en Suiza, hasta el laboratorio del Gran Sasso, en Italia, a 720 km de distancia, acaba de realizarse para confirmar los resultados obtenidos en el pasado mes de septiembre. Dichos resultados, que fueron recibidos con cierto escepticismo, parecían indicar que el haz de neutrinos era capaz de viajar una fracción de segundo más rápido que la luz, desafiando un dogma de la ciencia que se ha mantenido desde que Albert Einstein publicó su teoría de la relatividad en 1905.

Los científicos del Instituto Italiano de Física Nuclear (INFN) indicaron en un comunicado que sus nuevas pruebas estaban destinadas a excluir un posible error sistemático que pudo haber afectado a la medida original.

El nuevo experimento de OPERA confirma que los neutrinos viajan más rápido que la luz

Los científicos italianos responsables del experimento indicaron que una fuente potencial de error en los primeros resultados fue que los pulsos de neutrinos enviados por el CERN eran relativamente largos, en torno a 10 microsegundos cada uno, por lo que determinar el momento exacto de su llegada al Gran Sasso puede ser causa de errores relativamente grandes.

Para tener este dato en cuenta, los haces enviados por el CERN en este último experimento fueron unos tres nanosegundos más cortos, con grandes espacios de 524 nanosegundos entre ellos, lo que permitió a los científicos del Gran Sasso medir el tiempo de su llegada con mayor precisión, aunque la intensidad del haz fuera mucho menor.

Las nuevas mediciones han confirmado los datos del experimento original: el haz de neutrinos llegó hasta su objetivo una fracción de segundo antes que la luz.

Jacques Martino, director del Instituto Nacional Francés de Física Nuclear y de Partículas, quien trabajó en el segundo experimento, dijo que aunque esta prueba no es una confirmación total de una violación del límite de la velocidad de la luz, sí ha permitido eliminar algunos de los posibles errores sistemáticos que pudieran haber ocurrido en el primero.

Un experimento que hace temblar los pilares de la física moderna

Si se confirmase, los científicos dicen que los resultados podrían demostrar que Einstein, el padre de la física moderna, se equivocó en su teoría de la relatividad especial, donde la velocidad de la luz en el vacío es una “constante cósmica” fundamental que marca el límite teórico de la velocidad relativa entre dos cuerpos.

Esto obligaría a un replanteamiento importante de la cosmología moderna y del modelo estándar de la física de partículas, las teorías en las que se sustenta el pensamiento moderno sobre cómo funciona el universo. Todo lo que creemos saber sobre los orígenes y evolución del universo podría ser falso.

Los científicos se muestran aún escépticos

Sin embargo los expertos siguen pidiendo cautela, especialmente porque una medida realizada anteriormente de la velocidad de los neutrinos había indicado, con un alto nivel de precisión y exactitud, que los neutrinos sí respetan el límite de velocidad de la luz.

En un breve artículo publicado en línea el 29 de septiembre, Andrew Cohen y Sheldon Glashow de la Universidad de Boston, calcularon que si los neutrinos viajasen más rápido que la luz perderían energía después de su emisión de una manera muy concreta, dejando tras de sí un rastro de partículas más lentas que serían absorbidas por la corteza terrestre. Este rastro sería análogo al de la explosión sónica que causa un avión de combate supersónico al superar el límite de la velocidad del sonido.

Sin embargo, los neutrinos detectados en el Gran Sasso eran igual de enérgicos que cuando fueron emitidos en Suiza, lo que indica que no han perdido energía como deberían, según los cálculos de Cohen y Glashow. Este hecho arroja una duda sobre la validez de las mediciones de su velocidad.

Los neutrinos superlumínicos deben perder energía en forma de partículas

Cohen y Glashow explican que cuando todas las partículas viajan a la misma velocidad máxima, no es posible para una partícula perder energía mediante la emisión de otra. Pero si la velocidad máxima de las partículas implicadas no es igual para todas entonces sí es posible.

Un efecto de este tipo es bien conocido en casos como cuando a los electrones se les aplica el límite de velocidad más alto (velocidad de la luz en el vacío), mientras que la luz viaja a menor velocidad, ya que se ve frenada por la presencia de un medio, como el agua o el aire. Los electrones, por tanto, se pueden mover en el medio a una velocidad superior a la máxima velocidad de los fotones en el mismo medio, y pueden perder energía emitiendo fotones. Esta transferencia de energía entre partículas con diferentes límites de velocidad se conoce como radiación Cherenkov, y es la responsable de que las piscinas de los reactores nucleares resplandezcan con una luz azulada.

Los resultados del experimento puestos en cuestión

En el caso de los neutrinos, Cohen y Glashow calculan que la mayor parte del rastro estaría integrado por pares de electrones y sus antipartículas, los positrones, formados al perder energía cinética los neutrinos. Teóricamente, la tasa de producción de estos pares electrón-positrón es tal que un típico neutrino superlumínico emitido en el CERN perdería la mayor parte de su energía antes de llegar a Gran Sasso. Al no observarse esta pérdida es posible que los neutrinos en cuestión no sean en realidad superlumínicos.

Algunos físicos teóricos, como Lawrence Krauss, de la Universidad Estatal de Arizona, opinan que este artículo cierra el caso dando la razón a Einstein. En su opinión, el resultado del experimento probablemente se deba a algún fallo conceptual, pero el trabajo de Cohen y Glashow prueba sin lugar a dudas que los neutrinos detectados no han podido viajar a velocidades superlumínicas.

Otros científicos, sin embargo, tienen más reservas. Lo cierto es que, en la ciencia, nunca se puede dejar de poner a prueba una teoría, por muy fundamental que sea.

 Copyright del artículo: Ricardo Oltra García. Contacta con el autor de este artículo para obtener su permiso y autorización expresa para poder usar o publicar su contenido de forma total o parcial.
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