Descubren neutrinos que viajan “MAS RÁPIDO QUE LA LUZ”, violan axioma de Einstein: CERN

Se supone que nada puede superar la velocidad de la luz – una ley de la física que posiblemente podría romperse si los resultados que arrojó una investigación del CERN resultan efectivos. Los científicos enviaron a un grupo de partículas subatómicas llamadas neutrinos desde la base del CERN en Suiza al laboratorio Gran Sasso en Italia, a 732 km de distancia. Todo bien, excepto que las partículas llegaron una fracción de segundo más temprano de lo esperado.

El resultado, que desafía un siglo de historia de la física, tiene confundidos a los científicos, que pusieron el experimento a disposición de la comunidad para revisarlo.

“Intentamos buscar todas las explicaciones posibles para esto. Tratamos de encontrar un error – errores pequeños, complicados, o efectos distorsionadores – pero no encontramos nada”, dijo uno de los autores del informe, Antonio Ereditato, a la BBC. “Cuando no encuentras nada, lo que haces es decir, ‘bueno, ahora estoy forzado a salir y poner esto bajo escrutinio de la comunidad”, indicó.

La velocidad de la luz es el límite último de velocidad del universo, y gran parte de la física moderna depende de la idea de que nada puede ir más rápido. Miles de experimentos se han hecho para medir la velocidad de forma precisa, y hasta ahora ningún resultado la había excedido. Hasta ahora. Por un grupo de neutrinos.

Existen neutrinos de varios tipos, y recientemente se ha descubierto que pueden cambiar espontáneamente de un tipo a otro. Los científicos prepararon así un rayo de neutrinos de un sólo tipo, y lo enviaron desde el CERN a Gran Sasso para ver cuántos tipos diferentes llegaban hasta el otro lado. Mientras hacían las pruebas, los investigadores se dieron cuenta de que algunas partículas llegaron una fracción de milmillonésima de segundo antes que lo que se demora la luz en recorrer la misma distancia.

El equipo midió los tiempos de los neutrinos unas 15.000 veces, alcanzando un nivel considerado estadísticamente significativo en los círculos científicos, suficiente como para considerarlo un descubrimiento.

Sin embargo, el grupo entiende que podría tratarse de un error de sistema, que podría hacer que un resultado erróneo parezca real, lo que motivó a los científicos a hacer público el experimento para que lo revisen otros científicos.

Un experimento italiano llamado OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) ha dado pruebas de que las partículas fundamentales conocidas como neutrinos puede viajar más rápido que la luz. Otros investigadores son cautelosos acerca de los resultados, pero si los datos resisten un examen más detallado, el hallazgo podría revocar la regla más fundamental de la física moderna:  que nada viaja más rápido que la luz; 299.792.458 metros por segundo. 

El detector de OPERA de 1800 toneladas, es un complejo conjunto de electrónica y  placas fotográficas de emulsión, pero el nuevo resultado es simple: los neutrinos están llegando 60 nanosegundos más rápido que la velocidad de la luz. “Estamos consternados”, dice Antonio Ereditato, físico de la Universidad de Berna en Suiza y el portavoz del experimento. Hasta ahora, el modelo estándar se ha confirmado con los descubrimientos del acelerador LEP del CERN (el acelerador que se desarrolló en la década de 1990 y precedió al LHC), por el Tevatron del Fermilab de Chicago y por los primeros resultados del LHC.

Ahora el camino ha sido pavimentado de nuevo para la  física, lo que dará lugar a ampliaciones o modificaciones del modelo estándar. Sobre la base de la existencia de una nueva física, los componentes fundamentales del modelo estándar tendrán que ser ampliados para dar cabida a la posibilidad de nuevos mecanismos (o nuevas partículas) que garantizan la masa de los neutrinos, obligados por la existencia de oscilaciones de neutrinos.

Una posibilidad fascinante es que esta nueva partícula sea un nuevo tipo de neutrino nunca antes visto. Podría ser un neutrino con una masa muy grande, es decir, millones de millones de Giga electrón-voltios (GeV). Otra posibilidad que actualmente están siendo investigada por los físicos es que una forma mucho más ligera de neutrino podría constituir parte de la materia oscura que, junto con la energía oscura, domina la masa total del Universo.

El experimento se encuentra a 1.400 metros de profundidad en el Laboratorio Nacional del Gran Sasso en Italia. Está diseñado para estudiar un haz de neutrinos procedentes del CERN, ubicado a 730 kilometros de distancia, cerca de Ginebra, Suiza. Los neutrinos son partículas fundamentales  eléctricamente neutras, rara vez interactúan con la materia, y tienen una masa prácticamente nula. Pero todos ellos están a nuestro alrededor, el sol produce tantos neutrinos como subproducto de las reacciones nucleares que, miles de millones de ellos pasan a través de nuestros ojos cada segundo.

Los investigadores afirman haber medido el viaje de 730 kilómetros entre el CERN y su detector por menos de 20 centímetros. Se puede medir el tiempo del viaje para dentro de 10 nanosegundos, y han visto el efecto de más de 16.000 eventos medidos en los últimos dos años. Teniendo en cuenta todo esto, creemos que el resultado tiene una significación seis-sigma, el camino de los físicos  para avalar que algo es ciertamente correcto. El grupo presentó sus resultados el 23 de septiembre en el CERN, y una pre-impresión de sus resultados se publicarán en la página web ArXiv.org. Por primera vez, la metamorfosis de un neutrino ha sido observada directamente en laboratorios del Gran Sasso Nacional de INFN.

Si es confirmado por las observaciones adicionales, esta primera detección directa de la transformación de un tipo de neutrino en otro allanará el camino para una nueva física. En Gran Sasso, los investigadores observaron los primeros indicios de la aparición de un neutrino de una familia diferente con respecto a la que originalmente dejó el acelerador en el CERN, donde se “disparó”. Durante su viaje a lo largo de los 732 kilómetros por debajo de la corteza terrestre a la base de la montaña Gran Sasso, cubrió los 2,4 milisegundos sin ninguna desviación de su trayectoria, algunos de ellos efectivamente pueden cambiar su naturaleza. Además de otros importantes logros, esta observación proporciona una fuerte evidencia de que los neutrinos tienen masa, ya que esta puede oscilar, pasando de una “familia” a otra.

Después de más de tres años de investigación y billones de billones de partículas que viajan de una parte de la Alpes a otra, un solo candidato  neutrino, que cambió de neutrino-muón en neutrino-tau, fue detectado por los científicos del OPERA, que desde 2007 han observado varios miles de neutrinos-muón “normales” enviados desde el CERN.

De hecho, los neutrinos pueden pasar a través de capas muy gruesas de materia sin interactuar en absoluto, y sólo una pequeña fracción de ellos en realidad interactuaron con OPERA. Por esta razón, a pesar de que miles de miles de millones de neutrinos son enviados desde el CERN cada día, sólo unos 20 de ellos interactúan en el objetivo, mientras que el resto continua su viaje, saliendo a la superficie y saliendo al espacio.
Desde hace 15 años una serie de experimentos han revelado la oscilación de neutrinos a través de la desaparición de neutrinos procedentes de la atmósfera, el Sol, y otras fuentes. Sin embargo, esta es probablemente la primera vez que un neutrino ha sido detectado directamente mediante la observación de su trasformación.

“Un resultado importante que premia la colaboración OPERA por todos sus años de compromiso y que confirma que hemos hecho un buen trabajo experimental”, dijo Antonio Ereditato, portavoz de la colaboración OPERA. Estamos seguros de que este primer evento será seguido por otros, que demuestran plenamente la “apariencia” de la oscilación de neutrinos.

Los pasos siguientes a dar con el detector OPERA serán observar la transformación de un neutrino tipo muón en tipo tau.

Los neutrinos son creados gracias a la una serie de pasajes a través del complejo de aceleradores del CERN. Las partículas viajan en línea recta a través de la Tierra a casi la velocidad de la luz, hasta llegar a Gran Sasso. Como un objetivo de neutrino, el detector de OPERA contiene 150.000 bloques hechos de una mezcla de placas de plomo y  películas fotográficas de emulsión. Este objetivo pesa 1.250 toneladas y es una especie de cámara fotográfica muy sofisticada. El uso de este detector, complementado con otros dispositivos electrónicos complejos, ayuda a los investigadores a observar las consecuencias de la interacción de los neutrinos con el objetivo  y deducir su naturaleza.

La idea de que los neutrinos pueden transformarse fue propuesta por primera vez en la mitad del siglo 20 por el físico italiano Bruno Pontecorvo, uno de los investigadores del grupo de Enrico Fermi llamado “Via Panisperna Boys”.

La base teórica del fenómeno de la oscilación es la idea de que los neutrinos no tienen masa definida, pero  consisten en una combinación de estados, cada uno con sus propias y diferentes  masas. Es como si hubiera dos componentes (es decir, un componente de muones y un componente de tau) y neutrinos con masas diferentes que evolucionan de forma diferente. El experimento OPERA juega  exactamente este concepto, ya que los neutrinos enviados desde el CERN son solo del tipo muón. Después de haber completado una cierta parte de su trayectoria, los dos componentes de los neutrinos experimentan una especie de mezcla. De esta manera, el neutrino original adquiere un componente tau cada vez mayor: en otras palabras, comienza a oscilar. Después de un período de tiempo, o después de completar un viaje definitivo, una gran parte de los neutrinos muón se transforman en neutrinos tau. La oscilación continúa así de la misma manera, con una disminución en el componente tau y los neutrinos son de nuevo transformados en neutrinos muón.

La evidencia de que los neutrinos pueden oscilar afecta en gran medida al modelo estándar de partículas y sus interacciones, que es el modelo actual para describir el Universo. La observación, en particular, afecta a la predicción del modelo estándar de que los neutrinos no tienen masa, como los neutrinos tienen masa se debe a que el fenómeno de oscilación es posible. Por lo tanto, será necesario corregir este modelo, para ofrecer nuevas explicaciones y comenzar una nueva investigación, con diferentes implicaciones en cosmología, astrofísica y física de partículas.