19 Oct

Más rápido que la luz, rompecabeza de Neutrinos Resuelto por la Relatividad Especial?

El movimiento relativista de los relojes a bordo de los satélites GPS dan con exactitud las cuentas para el efecto superluminal, dicen los físicos. Ya han pasado tres semanas desde que la noticia extraordinaria que los neutrinos viajan entre Francia e Italia se habían registrado en movimiento más rápido que la luz. El experimento, conocido como Opera, encontró que las partículas producidas en el CERN cerca de Ginebra, llegó al Laboratorio Nacional Gran Sasso en Italia unos 60 nanosegundos antes de lo que la velocidad de la luz permite.

El resultado ha enviado una onda de excitación a través de la comunidad de la física. Desde entonces, más de 80 artículos han aparecido en el arXiv tratando de desacreditar o explicar el efecto. Es justo decir, sin embargo, que el sentimiento general es que el equipo OPERA ha pasado por alto algo.

Hoy en día, Ronald van Elburg en la Universidad de Groningen en los Países Bajos presenta un argumento convincente de que ha encontrado el error.

En primer lugar, vamos a revisar el experimento, que es un concepto simple: una medida de la distancia y el tiempo.

La distancia es sencilla. La localización de la producción de neutrinos en el CERN es bastante fácil de medir con GPS. La posición del Laboratorio Nacional Gran Sasso es más difícil de identificar ya que se encuentra bajo una montaña a varios cientos de mentros de alto. Sin embargo, el equipo de Opera dice que ha clavado la distancia de 730 km a 20 cm o menos.

El tiempo de vuelo es de neutrinos más difícil de medir. El equipo de Opera dice que puede medir con precisión el instante en que los neutrinos son creados y el instante en que se detectan con relojes en cada extremo.

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Pero la parte difícil es mantener el reloj en los dos extremos exactamente sincronizados. El equipo hace uso de los satélites GPS, que cada emisión de una señal de tiempo de alta precisión de la órbita de alguna sobrecarga de 20.000 km. Que introduce una serie de complicaciones adicionales que el equipo tiene que tener en cuenta, tales como el tiempo de viaje de las señales GPS en el suelo.

Pero van Elburg dice que hay un sentido de que el equipo de Opera parece haber pasado por alto: el movimiento relativista de los relojes GPS.

Es fácil pensar que el movimiento de los satélites es irrelevante. Después de todo, las ondas de radio que transporta la señal de tiempo debe viajar a la velocidad de la luz, independientemente de la velocidad de los satélites.

Pero hay una sutileza adicional. Aunque la velocidad de la luz no depende del marco de referencia, el tiempo de vuelo lo hace. En este caso, hay dos marcos de referencia: el experimento en el suelo y los relojes en órbita. Si estos se mueven uno respecto al otro, entonces esto debe ser un factor.

Entonces, ¿qué es el movimiento de los satélites con respecto al experimento OPERA? Estas sondas de la órbita de Oeste a Este en un plano inclinado a 55 grados del ecuador. De manera significativa, que es más o menos en línea con la trayectoria de vuelo de neutrinos. Su movimiento relativo es entonces fácil de calcular.

Por lo tanto desde el punto de vista de un reloj de a bordo de un satélite GPS, las posiciones de la fuente y el detector de neutrinos están cambiando. “Desde el punto de vista del reloj, el detector se mueve hacia la fuente y por lo tanto la distancia recorrida por las partículas como se observa en el reloj es más corta”, dice van Elburg.

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Con esto quiere decir más corta que la distancia medida en el marco de referencia sobre el terreno. El equipo de Opera pasa por alto esto, ya que piensa de los relojes como en el suelo, no en órbita.

¿Qué tan grande es este efecto? Van Elburg calcula que se debe hacer llegar los neutrinos 32 nanosegundos temprano. Pero esto debe ser doble porque el mismo error se produce en cada extremo del experimento. Por lo que la corrección total es de 64 nanosegundos, casi exactamente lo que el equipo OPERA observa.

Eso es impresionante, pero no quiere decir que el problema se hace y se sacudió. La revisión por pares es una parte esencial del proceso científico y este argumento debe tener su propio bajo el escrutinio de la comunidad en general y el equipo de Opera, en particular.

Si se levanta, este episodio será cargado de ironía. Lejos de romper la teoría de Einstein de la relativamente, la medida más rápida de la luz se volverá a ser otra confirmación de la misma.

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