Acerca de los neutrinos de OPERA
Una de las conclusiones de la teoría de la relatividad es que ninguna partícula puede viajar más rápido que la velocidad de la luz en el vacío. Sin embargo, hace unos meses, investigadores del experimento OPERA detectaron que los neutrinos (partículas subatómicas sin carga y de masa pequeña indeterminada) superaron esta barrera. ¿Einstein se equivocó? ¿La física moderna necesita reformularse? Alberto Gago, profesor del Departamento de Ciencias de la PUCP, nos explica cuáles son las observaciones que ha levantado este descubrimiento y por qué no está dicha la última palabra.
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Alberto Gago Medina
Docente de la Sección Física del Departamento de Ciencias de la PUCP
Cabe esperar que otro experimento pueda realizar la medida con una precisión comparable a la de OPERA y así podamos tener una prueba independiente de la solidez de estos resultados.
El pasado 23 de septiembre, el experimento OPERA anunció que había medido el tiempo que les tomaba a los neutrinos de muón (existen tres tipos de neutrinos, electrón, muón y tau) viajar 730 kilómetros desde la frontera franco-suiza en el CERN, que es donde se producen, hasta su punto de detección en el detector de OPERA en Gran Sasso (Italia). Este experimento encontró que a los neutrinos les toma 60 nanosegundos menos del tiempo que le hubiera tomado a un haz de luz recorrer esa distancia. Es decir, los neutrinos son 7.5 kilómetros por segundo más rápidos que la luz. Es importante resaltar que el margen de error asociado a esta medición tendría que ser seis veces mayor para que la velocidad de los neutrinos y la de la luz se encuentren dentro de este margen. Esto último ilustra la contundencia de la medida. Como era de esperarse, la conmoción causada por este resultado ha sido grande ya que aparentemente contradice una de las piedras angulares de la física moderna: la teoría de la relatividad de Einstein, de la cual se desprende que ninguna partícula puede ir más rápido que la velocidad de la luz en el vacío.
Desde que se hicieron públicos estos resultados se han escrito más de cien artículos científicos sobre el tema. La mayoría de estos trata de explicar los resultados, por ejemplo, mediante teorías que suponen la existencia de dimensiones adicionales o que los neutrinos son partículas que viajan a velocidades mayores que la luz (taquiones), entre otras. Sin embargo, varias de estas propuestas son válidas para situaciones poco factibles, además de no ser consistentes con otros datos experimentales.
Uno de los problemas para acomodar la medida del tiempo de vuelo de los neutrinos realizado por OPERA es que este es independiente de la energía de los mismos, ya que varias de las propuestas que podrían explicar esta medida predicen que este tiempo debería tener una dependencia con la energía. En ese sentido, Cohen y Glashow, en un artículo recientemente publicado en Physical Review Letters, señalan que si los neutrinos están viajando a velocidades mayores que la de la luz en el vacío, estos deberían perder energía en su viaje mediante la emisión de radiación en forma de electrones y positrones. Sin embargo, la medida explícita de la distribución de energía de los neutrinos que fue realizada por el experimento ICARUS, ubicado también en Gran Sasso, no exhibe ninguna distorsión o disminución consistente con las predicciones de Cohen y Glashow.
También por el lado experimental hay esfuerzos por parte del mismo OPERA por verificar la confiabilidad de aspectos cruciales de su medida. Ya que los neutrinos son enviados por paquetes (o grupos), es de suma importancia que sepamos asociar, sin ambigüedades, a qué grupo de neutrinos en la producción corresponde un grupo dado de neutrinos detectados en Gran Sasso. Esto significa identificar claramente a qué tiempo de inicio le corresponde un determinado tiempo final, y así tener mucha confiabilidad en el tiempo de vuelo de los neutrinos (i.e., la diferencia de estos tiempos). El experimento OPERA, mejorando sensiblemente su capacidad para asociar estos tiempos, volvió a realizar la medición de tiempo de vuelo de los neutrinos, encontrando que esta nueva medida era consistente con la que fue reportada inicialmente.
Por el momento el panorama se ve bastante complejo. De un lado, no se aprecia una alternativa de solución clara desde el punto de vista teórico. Por otro lado, los datos de OPERA parecen lucir más sólidos con las pruebas recientes que he mencionado anteriormente. Cabe esperar que otro experimento pueda realizar la medida con una precisión comparable a la de OPERA y así podamos tener una prueba independiente de la solidez de estos resultados.
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