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La historia que empezó con la publicación del paper Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam” arXiv:1109.4897v1 [hep-ex], el 22 de septiembre ha ocasionado verdaderos ríos de tinta. Muchos en internet, incluso en la barra del bar y de todo.

Pero hoy en este post quiero hablar de lo que se cuece en las revistas de física y en los círculos de los que de verdad son expertos en estas cosas, a quienes es bueno escuchar, sobre todo porque saben mucho más de lo que cualquiera de nosotros puede saber, y por eso puede servir también para desmitificar muchas cosas que se han dicho. Intentaré, dentro de mis limitaciones, comentar qué es lo que se habla en estos días en los círculos académicos.

A día de hoy el artículo se ha citado mucho porque ha levantado un gran revuelo. De hecho, incluso algún que otro premio Nobel de Física ha contribuído con su granito de arena.

Podemos distinguir dos vertientes: los que afirman que hay algún error en la medición bien sea fruto del tratamiento/análisis de los datos recabados por el equipo (recordemos que estuvieron más de seis meses trabajando en el análisis) y los que se atreven a especular con las consecuencias que podría tener si fuera cierto o cuales serían las causas que llevarían a, estando todo correctamente analizado, encontrar este tipo de partículas superlumínicas.

En los papers que he tenido ocasión de leer, aunque muchos de ellos no alcanzo a entrar en los detalles de la física tan especializada que ahí se maneja, sí puedo decir que la tónica general es que se está respetando bastante el trabajo de los físicos del experimento. Quiero decir, no he visto de momento otra cosa que respeto, continuando con la lección de humildad que han dado desde la publicación del experimento. En otras ocasiones y en otros temas, sí que han aparecido papers con comentarios bastante ácidos o directamente críticas abiertas. Y como estamos ante un caso de buena ciencia, mi consejo es como el primer día, haced caso a los que saben de esto y no caigáis en las interpretaciones extrañas que se hacen a veces por ahí hablando de fantasiosos viajes en el tiempo y cosas por el estilo.

Bueno, al lío.

New Constraints On Neutrino Velocities

Este paper lo firma Sheldon L. Glashow y Andrew G. Cohen. El primero, es premio Nobel de Fïsica 1979 junto con Steven Weinberg y Abdus Salam, padres de la teoría electrodébil. El personaje de Big Bang Theory se llama Sheldon en honor a este físico.

¿Qué proponen Glashow y Cohen? Pues es una idea basada en la radiación de Cherenkov. Recordemos que esta radiación la producen partículas cargadas cuando van más deprisa que la luz en un medio distinto del vacío. Los neutrinos no tienen carga eléctrica, recordemos, aún así se puede observar la radiación de Cherenkov porque éstos sí que pueden interaccionar con partículas cargadas que serían las que lo provocarían.

Pues bien, en el caso de una partícula superlumínica se emtiría algo parecido a la radiación de Cherenkov solo que en vez de ser emitidos fotones serían pares de electrón-positrón y neutrinos electrónicos. La consecuencia que tiene esta idea es que los neutrinos se desintegrarían por el camino y en realidad ninguno llegaría a Gran Sasso porque la distancia es grande y el tiempo que tardan es muy grande en esa escala. Vamos, que no habrían observado neutrinos en Gran Sasso y el error provendría de otro sitio, no habría neutrinos superlumínicos.

Esta es una idea alternativa, negar la mayor: no hay neutrinos superlumínicos ni ocho cuartos.

Superluminal Neutrinos Without Revolution

Este paper lo firma Susan Gardner, una física que estudia violaciones de las simetrías C, P y T. En este paper, Gardner plantea una vuelta de tuerca a la interpretación que aparentemente resuelve el problema y que es chocante: afirma que la verdadera velocidad de la luz a efectos de ser máxima es la que se ha medido ahora y discute que en los demás experimentos la medida arrojada es debido a distintos retardos en la luz y la interacción con la materia que se podrían considerar en la ecuación de estado para la energía oscura en un universo que se expande de forma isótopa y homogénea, con la métrica de Friedman-Lemaître-Robertson-Walker y propone que haciendo medidas de la variación temporal en el corrimiento hacia el rojo podría demostrar este punto.

Por decirlo de una forma algo más clara aunque quizás menos rigurosa. Es como si por el hecho de vivir en un universo en expansión que en muy buena aproximación es isótropo y homogéneo, la velocidad de la luz (de los fotones) y todo lo que ello depende nos pareciera ser algo más lenta de lo que en realidad puede ser, y que la cota máxima en realidad fuera otra.

Esto no es tan simple como decir que si antes la velocidad de la luz tenía un valor ahora es simplemente c + 6 km/s como algunos proponían, la idea básica puede parecer esa, pero no. Puede que esta idea sea descartable debido a que tal vez pone muchas más preguntas difíciles sobre la mesa que lo que viene a resolver. ¿Por qué la energía oscura habría de afectar a las interacciones a esa escala? ¿Por qué si todo parece apuntar a que la gravedad es pasmosamente pequeña a escala cuántica tendría esto una consecuencia tan directa?

On the Possibility of Superluminal Neutrino Propagation

Aquí tenemos un paper firmado por, entre otros, John Ellis. Posiblemente uno de los físicos que más sabe de física de partículas del mundo.

En este paper se analiza basándose también en las mediciones procedentes de la supernova SN1987a (que estudió el experimento Super Kamiokande) que son neutrinos de menos energía que los de OPERA. Ellis et al muestran un par de modelos teóricos donde se viola la invariancia Lorentz y se concluye que en ciertas condiciones, los fermiones pueden propagarse superlumínicamente o sublumínicamente, dependiendo inversamente de la energía y de la dirección. Estas condiciones, que sería la presencia de algún campo de fondo actuando, requerirían que dicho campo dependiera de la posición. Todo para intentar conectar los resultados de OPERA con los de la supernova.

Digamos que pretende encontrar la justificación a la posible existencia de fermiones superlumínicos pero claro, poniendo ciertas condiciones y dando a entender una cosa muy importante: tal vez en ciertos casos fuera posible romper la invariancia Lorentz pero desde luego no de un modo simple considerando sin más una partícula tipo taquión pero que es posible plantear teorías que rompen la invariancia Lorentz donde se encuentren neutrinos superlumínicos mientras que los fotones siguen yendo a la velocidad que les corresponde.

Ellis et al insisten en que no podemos descartar la existencia de neutrinos superlumínicos desde un punto de vista fenomenológico. No obstante, habría que ver muy bien bajo qué circunstancias tal violación podría darse y ver el alcance de la misma.

Este paper es muy interesante porque pone sobre la palestra algo que quizás mucha gente ha descartado de partida como es pensar únicamente que se hayan podido equivocar. Siendo sinceros, es lo que todo el mundo cree más probable. Sin embargo estos físicos dicen ¡cuidado! ¡No vendáis la piel del oso antes de matarlo!

The Hypothesis of Superluminal Neutrinos: comparing OPERA with other Data

Este paper lo firman un grupo italiano de físicos donde comparan los resultados de OPERA con otros experimentos previos.

En él, se dedican a analizar las consecuencias teóricas que podría tener el que los neutrinos muónicos fueran superlumínicos y consideran algunos casos. Uno de ellos, es el caso taquiónico, y pese a que parece que un haz de neutrinos de este tipo podría ser producido a partir de piones y dar los resultados que se han obtenido en OPERA y además llevarse bien con los resultados de la supernova SN1987a, pero sigue teniendo el problema de que no arroja datos apropiados sobre las oscilaciones de neutrinos.

El problema es que la masa de este neutrino muónico superlumínico según OPERA sería cien mil veces mayor a la obtenida para el antineutrino electrónico en los experimentos de la SN1987a. En el formalismo de las oscilaciones de neutrinos, la masa de un neutrino en el caso taquiónico debe ser igual que la masa de un neutrino ordinario y hoy en día, las oscilaciones de neutrinos se conocen y se han medido. Por lo que no parece que esta sea una dirección muy prometedora, tal y como apuntan los físicos italianos.

Relativistic Superluminal Neutrinos

En este paper, Alex Kehagias, un físico griego, propone una posible solución basándose en la idea de que se trata de un efecto local causado por un campo escalar terrestre. El acoplamiento del escalar a los neutrinos modificaría la métrica cuando éstos se propagan y los haría parecer superlumínicos. Este acoplamiento sería tal que la distancia entre el punto de emisión y el de detección modificarían la velocidad de tal modo que distancias de propagación de un tamaño varias veces más largo que el radio terrestre devolverían velocidades de propagación sublumínicas.

Esto vendría a dar una respuesta a por qué los neutrinos muy energéticos de Gran Sasso que parecen oscilar de acuerdo a lo esperado, en el sentido de que un tren de protones que colisiona provoca un tren de neutrinos muónicos que oscila y acaba siendo detectado como un tren de neutrinos tau son detectados a esas velocidades y en cambio no se observa nada parecido con los neutrinos procedentes del Sol o de supernovas lejanas, como la antes mencionada SN1987a.

Si os preguntáis por qué siempre andamos a vueltas con la misma supernova es porque cuando se produce, ves la luz y sabes que está ahí. Pero para detectar los neutrinos tienes que hacer un experimento a propósito para verlo y medirlo, si no, te lo pierdes y no los distingues del fondo.

The OPERA Neutrino Velocity Result And The Synchronisation Of Clocks

En este paper, Carlo R. Contaldi analiza los posibles errores que vendrían del hecho de que el sistema esté sincronizado por GPS y entonces algunas cosas que no se habrían considerado derivaran en errores lo bastante grandes para provocar este desfase aparente o más bien, esta llegada de tiempo antes de lo previsto.

Este es uno de los puntos que el propio equipo de OPERA señaló durante el webcast en el CERN, y es la fuente de incertidumbre mayor: el modo en que determinas el punto de llegada y el punto de partida y también el modo en que mides el tiempo y demás.

Como Francis explicaba hace unos días en su blog, el problema se parece al de la foto finish en el deporte, no es fácil ni evidente analizar la forma del “tren” de neutrinos cuando llega en términos del tren de protones que se generó en un principio y al final, un nuevo análisis de los datos podría dar al traste con los famosos seis sigma de dispersión que parece ser que se consiguieron, indicando que están seguros al 99.9999998027 % que no se han confundido.

A Possible Statistical Mechanism Of Anomalous Neutrino Velocity In OPERA Experiment?

Robert Alicki argumenta que se trata simplemente de un error estadístico debido al hecho de que solo una pequeña fracción de protones del tren inicial se transforma finalmente en neutrinos y explica que mediante un análisis estadístico alternativo podría desaparecer este efecto.

Este paper es quizás el que recoge de alguna manera el sentir general de muchos físicos teóricos que sospechan, tal y como comenta Francis, que puede irse todo al traste conforme se analicen los datos de otra forma o se revisen las fuentes de incertidumbre.

A Comment On The OPERA Result And CPT

Benjamin Koch compara los resultados de la aparente violación de la invariancia Lorentz en el experimento con lo que se podría esperar del análisis de la desintegración de mesones de acuerdo con lo que dice el teorema CPT (sobre la simetría homónima). En una primera estimación observa que la violación es lo bastante pequeña para poder cuadrar con los datos que tenemos sobre la simetría CPT.

Este teorema se supone que da lugar a una de las simetrías fundamentales del universo. Y digo que se supone porque ya cayeron en su día la simetría de paridad y la simetría de carga-paridad (CP) que la tiró al traste nuestra amiga la interacción débil y para más inri, en Data Tables for Lorentz and CPT Violation, Alan Kostelecky y Neil Russell demostraron que violar la invariancia de Lorentz equivale a cargarse la simetría CPT o viceversa.

Como decía la semana pasada, no es tan fácil cargarse la relatividad porque se te viene encima medio edificio de la física que sabemos que funciona a las mil maravillas.

Superluminal Neutrinos And Extra Dimensions: Constraints From The Null Energy Condition

Y por último, en este paper, Steven S. Gubser ataca por un camino que seguramente será del gusto de los físicos de cuerdas. Plantea el problema añadiendo dimensiones extra. ¿Casi nada, eh? Plantea la elaboración de modelos locales donde la métrica con dimensiones extra permite propagaciones superlumínicas. Pero esto añade dificultades teóricas si uno quiere obtener propiedades como por ejemplo una gravedad cuadridimensional.

Como podemos ver, hay propuestas para todos los gustos y en este caso, vuelvo a repetir, lo mejor es dejar a los expertos que saquen sus conclusiones y analicen los datos porque al final, ocurra lo que ocurra, será gracias a ellos y a su trabajo. Por tanto, lo mejor es no pararse a especular ni a vender la falsa (aunque morbosa) imagen de que la física moderna se viene abajo por un experimento. Ni mucho menos.

Por último, dedico este post a todos los que creen que la ciencia es un edificio dogmático e inmutable que no se cuestiona nada y que repite todo como si fuera un mantra hasta creérselo. Esta falsa idea de lo que es la ciencia está por desgracia demasiado extendida, sin embargo, resulta muy fácil de desmontar.

Por cierto, he visto que en algunos medios se han hecho eco del paper de Glashow y Cohen y no de los otros más de 100 preprints que hay ya acerca del tema y dan por hecho que “dos físicos zanjan la discusión de los neutrinos superlumínicos” y cosas así. Ojalá. No hay nada zanjado aún.

Actualización

0:22 A través de Francis me llega este link en Back Reaction donde enseñan una entrevista a Caren Hagner, miembro senior del experimento OPERA que concedió a un diario alemán donde comenta que no firmó el preprint ni ella ni otros doce colegas y se muestra crítica por la prematura publicación del mismo. Hagner afirma que deberían haber re-hecho algunos test que habrían retrasado la publicación un par de meses más. En particular, afirma que los resultados publicados son solo de uno de los dos sistemas de detección, mientras que el otro, un espectrométro, obteniendo resultados independientes obliga a un análisis más extenso que retrasaría la publicación. Atentos, porque pueden venir novedades interesantes por esta nueva vía.


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Trackbacks/Pingbacks a esta entrada:
  1. Ontureño dice:

    Plas plas plas. Vaya curro te has pegao O_o

  2. Ixidor dice:

    Muchas gracias MiGUi, acabo de empezar mi año de Erasmus, y no tengo mucho tiempo en poder investigar por mi cuenta las últimas hipotesis de los físicos de la alta esfera. Gracias por hacerlo tu y hacer este breve resument de los artículos que has leido.
    Este ultimo paper que has comentado, el que utiliza dimensiones extra y tal, me ha hecho recordar al motor Warp de Star trek donde allí, aparentemente, ivan a una velocidad superlumínica “surfeando” por el espacio tiempo. En fin, tendremos que esperar a ver que dicen los nuevos experimentos, y mira, ya tenemos algo con lo que entretenernos.

    Como ya he dicho alguna vez, la fisica no necesita “Fe”, necesita pruebas y hechos.
    Gracias de nuevo.

  3. Stan dice:

    Hola Migui,
    excelente artículo, como siempre. Genial resúmen de algunos de los ~40 papers que han aparecido sobre este tema. Encuentro notable que alguien se tome la molestia de ponerlos en un lenguaje simple y accesible.

    Tengo dos detalles que mencionar. Por un lado el paper de Glashow (lamentablemente nadie se acuerda de Cohen aunque sea el primer autor por su apellido) ha aparecido bastante en los medios creo que principalmente por el Nobel de Glashow, lo que me parece una ridiculez, mucha atención a alguien por ser ganador de ese premio me parece una ofensa a los miles de científicos que trabajan arduamente sin reconocimiento. Sin embargo hay que reconocer que su paper es bueno, lamentablemente creo que el ensalsar su nombre por se un Nobel deja de lado la calidad de este paper. No estoy 100% convencido del resultado, pero se ve que es un trabajo bastante bueno.

    El otro comentario es acerca de Ellis, decir que es “el físico que más sabe de física de partículas del mundo” me parece una alabanza injustificada, el tipo ha hecho importantes contribuciones en el área pero el aparecer más en los medios no significa que sea el que más sabe. Esto es sólo un comenario, no te lo tomes a mal.

    Saludos y gracias otra vez por el tremendo artículo!

    • MiGUi dice:

      Gracias por vuestros comentarios.

      No quiero tampoco pecar del argumento de autoridad con Glashow, la verdad es que como dices, no merece que se menosprecie el paper o que simplemente por ser Cohen el otro ni se le mencione.

      Yo he alucinado un poco con la extraña interpretación que se ha dado teniendo en cuenta que ahora mismo vas a Arxiv y aparecen más de cien preprints mencionando el original de OPERA, con lo que eso de que dos físicos rebaten el experimento es un poco oír campanas y no saber donde.

      Yo creo que la mayoría de la gente está esperando por ese nuevo análisis y más ahora que a juzgar por lo que ha dicho la física esta de OPERA parece ser que no todos estaban de acuerdo con la publicación porque no dió tiempo a hacer el análisis de los resultados del otro detector, el espectrómetro, que al ser independiente tal vez arroje otro tipo de conclusiones.

      Y sí, puede que sea una exageración decir que Ellis sea el que más sabe. A veces cuando te pones a contar las cosas entre simplificaciones y demás pues pasa eso, que a veces se exagera. Pero bueno, de nuevo insisto, sea o no una eminencia, creo que cada paper merece un análisis independiente y justo.

      Veremos a ver, esto es largo, muy largo.

      Gracias por tomaros la molestia de comentar/corregir.

      Saludos

  4. José Manuel dice:

    La conjetura de John Ellis et ál., es la más me llama poderosamente la atención. La sombra del neutrino es alargada. O, la sombra del neutrino no es alargada… dependiendo inversamente de la energía y de la dirección. En fin, yo solo intento aprender física de vosotros.

    Por cierto, Migui, la palabra “Nobel” no lleva acento ortográfico. No pretendo ser pedante. Saludos

  5. dr. Petardo dice:

    Felicitaciones por el curre y por el anterior post punseatiano, digamos xD. No puse nada en ese post porque para calentarme yo también ya le quedó a su autor mucho más elegante.

    Bueno, como reflexión global sobre dogmas, úlceras y prejuicios podríamos traer una frase de Carl Sagan con la que pienso que todos estaríamos de acuerdo: hay que tener la mente abierta, pero no hasta el punto de que se nos caiga el cerebro por la abertura.

    Por no ser muy largo: a mí esto me recuerda al efecto Centauro, y montañas de cosas que son calcos literales. Las reflexiones invito a todo el mundo a tenerlas. Que conste que a mí lo que preocupa es la percepción de la ciencia en la opinión pública, que en su vasta y abrumadora mayoría es completamente ignorante (y que se la empuja a evaluar en función de resultados muy subjetivos), y pienso que la forma de abordar estos temas… es manifestadamente mejorable (no hablo de los blogs, por supuesto).

  6. Monti dice:

    ¿Son figuraciones mías o, pese a las llamadas a la prudencia, todo el mundo está ansioso porque el resultado de OPERA sea correcto? :)

    Corrígeme si me equivoco, pero si se confirman los resultados estaremos ante un equivalente al experimento Morley/Michelson.

  7. davi dice:

    Monti, pues yo si creo que el resultado, de ser correcto, añadiria mas picante a la fisica. seria una excepcion, lo cual es un punto de apoyo para avanzar. No creemos que vaya a a pasar pero si pasa, nos pone en una situacion mucho mas interesante

    si despues de todo el experimento se reformula, y/o se contrasta y los traviesos neutrines son normales… pues entonces estamos en el mismo status quo, ese en el que da la sensacion que falta una revolucion que no acaba de llegar.

    pero que dice el sentido comun en la comunidad fisica: que es mas razonable, facil, mas conservador y mucho mas seguro quedarse en el lado del experimento fallido.

    que al final sera lo que digamos sino lo que tenga que ser.

    fantastica entrada migui, como es habitual