¿Neutrinos viajan más rápido que la luz?

Transcribimos la siguiente nota. Esteban Roulet es Investigador Principal del CONICET en el Centro Atómico de Bariloche. La Física de Partículas está en sus intereses principales. Sus ideas son fundamentales para comprender el interés de la comunidad científica en los resultados obtenidos por la colaboración OPERA, concernientes a la velocidad de los neutrinos producidos en las colisiones del CERN, detectados a más de 700 km de distancia, bajo la montaña Gran Sasso.

(Gracias a Pío Arias por haber compartido esta información)

*1 de octubre de 2011*

*Dr. Esteban Roulet*
CONICET
Centro Atómico Bariloche

El 23 de septiembre pasado, la Colaboración OPERA, que detecta neutrinos en una galería subterránea bajo la montaña Gran Sasso, al norte de Roma, después de que éstos viajaron unos 730 km desde su lugar de producción en el laboratorio CERN de Ginebra, anunció que la velocidad de los neutrinos medida en este viaje era unos 7 km/s mayor que la velocidad de la luz (que es 299792 km/s). Este resultado, de ser cierto, sería absolutamente revolucionario para la física, ya que contradice nada menos que a la teoría especial de la relatividad de Einstein. Según esta teoría, cuanto más cerca de la velocidad de la luz viaja un objeto mayor es la resistencia que ofrece a ser acelerado, y aunque se le entregue una energía enormemente grande nunca se logrará que supere la velocidad de la luz. Esta es entonces la velocidad máxima posible y sólo pueden viajar a esa velocidad partículas carentes de masa, como los fotones. Velocidades superlumínicas también generarían problemas de causalidad, ya que por ejemplo es posible imaginar un observador (moviéndose muy rápido) para el cual estos neutrinos habrían sido detectados en el Gran Sasso antes de haber sido producidos en el CERN, y por lo tanto este resultado requeriría una revisión profunda de la teoría de la relatividad.

Los neutrinos son unas partículas muy especiales y misteriosas. Fueron propuestas en 1930 por Pauli para explicar por qué en los decaimientos radioactivos (regidos por las interacciones débiles) los electrones emitidos sólo se llevaban una fracción de la energía disponible, siendo entonces el neutrino el encargado de llevarse el resto. Para evadir ser observado debía ser una partícula muy liviana y sin carga eléctrica. Cuando Fermi propuso su teoría para describir las interacciones débiles, un cálculo directo mostró que la probabilidad de interacción de un neutrino era extremadamente pequeña, con lo que Pauli temió que su neutrino no podría jamás ser detectado. Sin embargo, hay situaciones en las que el número de neutrinos producidos es enorme y entonces la detección de unos pocos resulta factible. Este es el caso por ejemplo en los reactores nucleares de potencia (con los que se logró detectar por primera vez a los neutrinos en 1956), en las reacciones de fusión en el interior del sol o en el colapso final de las estrellas muy masivas, que dan lugar a una explosión de supernova. También en las colisiones energéticas de partículas se producen neutrinos, como es el caso de la interacción de los rayos cósmicos en la alta atmósfera o en los aceleradores de partículas cuando el haz se hace chocar contra un blanco fijo. En el caso del experimento que envió los neutrinos del CERN al Gran Sasso (CNGS), el detector OPERA pudo detectar en tres años 16111 neutrinos, para lo que fue necesario acelerar más de 1020 protones en el Super Proton Synchrotron del CERN. Este acelerador es el que preacelera las partículas que luego se inyectan en el Large Hadron Collider, pero también se utiliza en esta otra modalidad de blanco fijo para estudiar las propiedades de los neutrinos. El objetivo principal de OPERA es en realidad el estudio de la posible conversión en viaje entre distintos tipos de neutrinos, las así llamadas oscilaciones de sabor de los neutrinos que permiten obtener información sobre sus masas. También aprovecharon para medir con precisión la velocidad de éstos, que no es más que el cociente entre la distancia recorrida (que se midió con una precisión de 20 cm) y el tiempo empleado (que se determinó con una precisión de unos 10 ns=10-8 s). Para esto último se contó también con la ayuda del servicio de metrología de Suiza, que de relojes se supone que entiende. Fue así como después de un trabajo cuidadoso los 160 científicos de la Colaboración OPERA determinaron que los neutrinos llegaban al detector unos 60+-10 ns antes de lo esperado si hubieran viajado a la velocidad de la luz. La significación estadística de esta medida es de 6 sigmas, que suele considerarse suficiente como para anunciar un descubrimiento. Sin embargo, es tan inesperado el resultado obtenido que los responsables de OPERA fueron muy cautelosos y realizaron la presentación en el CERN convocando a la comunidad científica para que estudien en detalle el análisis y tratando de motivar posibles búsquedas independientes por parte de otros experimentos (en particular podrían hacerlo el detector MINOS de USA y el Super-Kamiokande de Japón).

Trayecto de los neutrinos del CERN al Gran Sasso

Una de las dificultades que tendrá que enfrentar este resultado es que cuando en el año 1987 se observó la explosión de una supernova en la Gran Nube de Magallanes (a unos 150000 años luz), se logró detectar una veintena de neutrinos unas horas antes de observar la luz de la explosión (esta diferencia se entiende por la dificultad de los fotones para escapar de la estrella muy densa). Si los neutrinos hubieran viajado con la velocidad medida por OPERA, tendrían que haber llegado en cambio unos 4 años antes, cosa que no sucedió. Hay que tener en cuenta también que las energías de los neutrinos en la supernova son unas mil veces menores que las de los producidos en el CERN, y la velocidad de éstos puede de hecho depender de su energía (aunque en algunos modelos de partículas superlumínicas, como ser los taquiones, uno espera que la velocidad sea mayor cuanto menor es la energía, lo que agudizaría aún más el problema).

Detector OPERA de 1300 toneladas

Habrá entonces que esperar un tiempo para ver si se encuentra algún error sistemático que haya pasado inadvertido en al análisis actual o si en cambio se confirma este resultado potencialmente
revolucionario.

- El *artículo* de la Colaboración OPERA con este resultado está aquí

- El *video* del seminario del CERN con el anuncio está aquí