La portada del último número de la revista Journal of Feelsynapsis está dedicada a un artículo mío, “Sherlock Holmes y el fantasma de la Ópera,” que aparece en la pág. 72. Cuenta la historia del descubrimiento del error sistemático en el experimento de OPERA que midió la velocidad de los neutrinos de la mano del famoso personaje de Conan Doyle. Puedes leer la revista online, o descargarte el PDF completo (incluso en alta resolución).
Espero que te guste, tanto mi artículo, como el resto de la revista.
Para abrir boca me permito el lujo de incluir una entrevista sobre los neutrinos superlumínicos que me realizó Mª África Albalá Soria, estudiante de la Facultad de Ciencias de la Comunicación de la Universidad de Málaga; me envió las preguntas por e-mail y yo le contesté lo que sigue. Se supone que la entrevista es para un trabajo de clase y le pedí que me lo enviara; doy fe de que el trabajo está muy bien. Sus preguntas aparecen en negrita tal como me las envió, sin ningún cambio. Mis respuestas también tal como se las envié, sin ningún cambio.
El experimento OPERA, en Gran Sasso, Italia, reveló en septiembre que se habían detectado neutrinos más rápidos que la luz. Sin embargo, se ha comprobado que estos datos obedecían, si no me equivoco, a la conexión defectuosa de una fibra óptica. ¿Se pretende repetir el experimento OPERA una vez subsanados estos fallos? ¿Se podría predecir, en base a experimentos anteriores tales como MINOS en Estados Unidos o Super-Kamiokande en Japón, cuáles van a ser los resultados?
Sí, se detectaron dos problemas en diciembre de 2011, una conexión defectuosa de fibra óptica y un oscilador mal sincronizado, aunque no se hizo público hasta febrero de 2012. Ambos problemas han sido solventados y se ha estudiado si podrían ser la causa de que los neutrinos parecieran más rápidos que la luz. La conclusión, publicada el día 28 de marzo, es que, con toda seguridad, son los responsables del problema.
En febrero, gracias a muones de los rayos cósmicos que atraviesan en secuencia OPERA y otro experimento de Gran Sasso llamado LVD se comprobó que los datos de OPERA tenían un error de unos 73 ns que se corrigió tras resolver el problema de la fibra óptica (los datos de los muones indican que el problema de la fibra óptica surgió en el verano de 2008 pero no se sabe el porqué). Al tener en cuenta el efecto del oscilador mal sincronizado este error se reduce exactamente a los 60 ns de adelanto de los neutrinos.
Más aún, el experimento de medida de la velocidad de los neutrinos fue repetido en octubre de 2011 utilizando pulsos cortos de neutrinos tanto por OPERA como por ICARUS, ambos situados en Gran Sasso. El resultado de OPERA confirmó que los neutrinos parecían más rápidos que la luz. Sin embargo, a mediados de marzo de 2012 se publicó el resultado de ICARUS que indica que los neutrinos se movían exactamente a la velocidad de la luz (dentro de los límites de error es imposible medir su velocidad por debajo de la luz pues es muy próxima a ella). ICARUS refutó de forma definitiva el resultado de OPERA.
El 28 de marzo, en un workshop interno de la colaboración OPERA, cuyas transparencias se publicaron el 29 de marzo, el día que dimitió el portavoz de OPERA, Antonio Ereditato, se llegó a la conclusión que había que corregir en unos 60 ns todos los datos recabados por OPERA entre 2009 y 2011. Oficialmente los neutrinos de OPERA volvieron a viajar a la velocidad de la luz. Está planificado que la medida de la velocidad de los neutrinos, utilizando pulsos cortos como en octubre sea repetida en mayo; OPERA ha cedido el sistema de medida de tiempos a todos los experimentos de neutrinos de Gran Sasso, tanto ICARUS, como Borexino y LVD. Los cuatro experimentos repetirán la medida.
Todo el revuelo mediático generado por el resultado de OPERA ha hecho que MINOS (EE.UU.) haya logrado financiación para mejorar su sistema de medida de tiempos de llegada de los neutrinos (incorporando ideas desarrolladas en OPERA); este año publicarán una nueva medida con la misma tecnología utilizada en 2007, pero con todos los datos obtenidos desde entonces hasta ahora; el resultado será mejor y se espera que la anomalía observada en 2007 se corrija. Se espera que el año que viene publiquen una medida con su nuevo sistema; nadie espera que vuelvan a observar neutrinos superlumínicos.
En cuanto a T2K (Tamioka to Kamiokande) evaluaron si podían realizar una medida de la velocidad de los neutrinos, pero como su distancia entre la fuente de neutrinos y el detector es muy pequeña, su error en la medida es demasiado grande para ser comparable a los obtenidos por MINOS y los experimentos de Gran Sasso. Por ello, que yo sepa, no han logrado financiación específica para repetir la medida y ni siquiera lo intentarán (mi fuente es un español que trabaja en T2K).
Por supuesto, tras el resultado de ICARUS en marzo y el análisis detallado del error sistemático cometido en OPERA, todo el mundo sabe (o cree saber) que tanto la repetición de mayo, como los resultados de MINOS indicarán que los neutrinos se mueven a la velocidad de la luz.
En los medios de comunicación, esta noticia sobre los neutrinos superlumínicos de OPERA supuso una auténtica revolución. Sin embargo, tengo entendido que en la comunidad científica no se produjo tal revuelo, ¿es así?
Yo hablé en octubre con algunos de los mayores expertos españoles en neutrinos y todos me dijeron con absoluta seguridad que había un error, era obvio y que mientras otro experimento no verificara el resultado no merecía la pena perder el tiempo discutiendo este asunto. Los únicos que han prestado mucha atención a este asunto son los físicos “locos” (en inglés se dice “cranks”) que creen que la física moderna es falsa y que los resultados físicos obtenidos durante el s. XX están todos mal interpretados porque hay una conspiración de todos los físicos a favor de la relatividad y de la mecánica cuántica. Estos “cranks” llenaron el servidor de ArXiv con cientos de artículos sin pies ni cabeza que trataban de explicar el resultado. Los pocos artículos serios dedicados al tema dejaban claro que el resultado tenía que ser producto de un error.
Desde un primer momento, cundió el escepticismo entre la comunidad científica ante este descubrimiento, ¿a qué se debe tal desconfianza?
Por qué había tanta seguridad entre los físicos. Por muchas cuestiones, pero quizás la más importante es que el resultado medido por OPERA indicaba que los neutrinos tenían una masa un millón de veces mayor que la sabemos que tienen. No existirían ni el Sol, ni la Tierra, ni nosotros mismos si el resultado fuera correcto (en el universo no puede haber tanta masa). El que tú y yo existamos es una prueba de que el resultado era incorrecto. Además, para medir la velocidad de los neutrinos con exactitud se requería una precisión de femtosegundos (una millonésima de nanosegundo), imposible de medir en una distancia de 730 km y menos aún con un sistema basado en GPS y tecnología Ethernet (tipo internet). La estampación del instante de llegada en los neutrinos utiliza un reloj de 20 MHz, es decir, con un error de 20 ns. Con muchos neutrinos se puede bajar este error, pero la estadística no puede hacer milagros.
OPERA midió la velocidad de los neutrinos dividiéndolos en dos grupos, los más energéticos tenían una energía triple que los menos energéticos; para sorpresa de los físicos ambos resultados indicaban la misma velocidad (faltaba un factor de 9) con lo que el dato “chirriaba” por todos lados. El resultado no podía ser correcto.
Un Premio Nobel de Física, Sheldon Lee Glashow (como Sheldon Lee el personaje de la sitcom The Big Bang Theory) y un colega rescataron una idea de hacía unos 30 años, según la cual si los neutrinos son más rápidos que la luz tienen que emitir radiación similar a la de Cherenkov (la que emite una partícula que se mueve por un medio más rápido que la luz en dicho medio). Este argumento es muy general y pocos físicos dudan de él; los datos de OPERA deberían mostrar alguna señal de esta pérdida de energía, pero ni OPERA (septiembre y noviembre), ni ICARUS (octubre), ni IceCube (diciembre), observaron esta señal.
Además, el anuncio de los propios científicos de OPERA en septiembre dejó muy claro que ni ellos mismos se lo creían, pero que era lo que les daba el experimento y que querían una especie de tormenta de ideas entre todos los físicos del CERN para ver si a alguien se le ocurría una posible fuente del error que a ellos se les hubiera escapado. Con la boca pequeña reclamaban la primacia para un posible Premio Nobel, pero en rigor nadie se creía el resultado, ni ellos mismos. Lo que quedó claro tras las primeras semanas del anuncio era que el error debía ser muy sutil y requería chequear todo con extremo detalle.
Lo que ocurre con los medios es que se olvidan de estos “pequeños” detalles y se centran en lo que rellena titulares, como viajes en el tiempo. Para los expertos era obvio que había un error y que el revuelo mediático era un sinsentido.
Si no yerro, unos resultados anteriores obtenidos a partir de los neutrinos procedentes de la Supernova 1987a son inconsistentes con los arrojados por OPERA. ¿En qué consiste esa diferencia?
Los neutrinos escapan de la explosión de una supernova antes que se produzca un flujo intenso de fotones, por lo que la teoría predice que tienen que llegar antes que estos fotones. Unas tres horas antes de la explosión de la supernova 1987A, tres observatorios de neutrinos detectaron 24 neutrinos con una energía muy concreta (unos 10 MeV) y de forma casi simultánea (en pocos minutos). La probabilidad de que esto ocurriera por pura casualidad es tan baja que no hay ninguna duda de que su origen es común. Como tres horas después se detectó una supernova en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia satélite de la nuestra, cuya distancia es bien conocida, se pudo medir la velocidad de estos neutrinos, que resultó ser la velocidad de la luz con un error menor de una parte en mil millones, lo que corresponde a una masa menor de 16 eV (hoy sabemos que su masa es menor de 0,29 eV). El experimento OPERA midió la velocidad de los neutrinos y encontró que era mayor que la de la luz en dos partes en cien mil, lo que implica una masa de los neutrinos un millón de veces mayor de lo estimado mediante medidas cosmológicas. Si los neutrinos tienen una masa tan grande, como he dicho antes, no podría existir el universo tal y como lo conocemos (por supuesto, si el modelo cosmológico de consenso es correcto).
Se ha insinuado que los resultados se publicaron de forma precipitada, sin esperar a contrastar con el segundo procedimiento de medida montado en OPERA. De hecho, algunos científicos se negaron a firmar el paper cuando se publicó. ¿Podría explicarnos esto?
Nadie sabe por qué, pero los coordinadores de OPERA decidieron hacer público el resultado a bombo y platillo en el salón principal del CERN, en lugar de anunciarlo en alguna conferencia científica (como hizo la colaboración MINOS en 2007), en contra de algunos miembros de la colaboración. OPERA está formada por científicos de 36 grupos de investigación de 13 países (no está España). Hay italianos, suizos, rusos, alemanes, japoneses, estadounidenses, etc. Quince miembros se negaron a firmar el artículo aparecido en ArXiv en septiembre; uno de ellos fue la coordinadora de uno de los grupos alemanes que dijo en la prensa de su país que había una medida de verificación del resultado que no había sido realizada y que habría que haber esperado a hacerla.
Hoy en día todo el mundo piensa que el anuncio fue precipitado, máxime cuando en pocos meses se ha descubierto el origen del error sistemático en la medida. La dimisión de los dos responsables visibles de OPERA ha sido consecuencia de esta clara negligencia.
Tal vez no sea correcto preguntarlo pero he oído que las malas lenguas afirman que este resultado ha aparecido en “un momento muy oportuno”, cuando se estaba considerando la posibilidad de retirar las subvenciones al laboratorio de Gran Sasso. ¿Cuál es su opinión a este respecto? ¿Sabe si es cierto o es mera difamación?
El laboratorio Gran Sasso incluye 18 colaboraciones y aunque Italia tiene problemas de financiación científica similares a los de España, todas tienen fondos europeos y de otros países no comunitarios. Que yo sepa no había ningún rumor de retirada de fondos para Gran Sasso.
En cuanto a la financiación de OPERA hay que recordar que estas colaboraciones multinacionales reciben fondos de los países participantes y de la comunidad europea, y aunque algunos proyectos acababan en 2011 y tenían que ser renovados, otros acababan más tarde. Yo no tengo constancia de que la presión por renovar la financiación haya influido en el anuncio.
En mi opinión, los miembros de OPERA sabían que tenía que haber un error y que para encontrarlo tenían que ceder su sistema de medida de tiempos a los otros tres experimentos de Gran Sasso. La competencia entre colaboraciones que comparten el mismo laboratorio y experimentos similares es muy fuerte. Con objeto de tener prioridad, si el descubrimiento se confirmase, decidieron hacerlo público antes de ceder su sistema de tiempos a las otras colaboraciones y evitar que alguien se les adelantara. Sinceramente, yo no encuentro otra explicación razonable.
Otro experimento posterior llevado también a cabo en Gran Sasso, ICARUS, ha encontrado siete neutrinos superlumínicos. ¿Cuál es la postura de los físicos ante este resultado?
No eran superlumínicos, todos se movieron a la velocidad de la luz. ICARUS midió estos 7 neutrinos en octubre, cuando el CERN envió pulsos cortos de neutrinos hacia Gran Sasso y OPERA midió 20, aunque más rápidos que la luz. OPERA había cedido su sistema de medida de tiempos a ICARUS, Borexino y LVD a principios de octubre y nadie pensaba que ICARUS fuera capaz de ponerlo a punto para finales de mes. Sin embargo, así fue, aunque el análisis de los datos les requirió varios meses, pues no tenían tanta experiencia como OPERA. Se publicó el resultado en marzo e indicó fuera de toda duda de que los neutrinos se mueven a la velocidad de la luz (llegaron 0,3 ns antes de tiempo, pero con un error de casi 10 ns; un error más grande que la propia medida indica un valor compatible con cero).
Tras la publicación del resultado de ICARUS ya no había ninguna duda de que OPERA presentaba un error sistemático.
¿En el caso de que los neutrinos se moviesen más rápido que la luz, qué consecuencias tendría esto? ¿Invalidaría la Teoría de la Relatividad de Einstein, porque tengo entendido que hay posturas contrapuestos ante esta cuestión?
Los neutrinos no se mueven más rápido que la luz. En su caso, las consecuencias dependen de cómo se comporten. Si se comportaran como taquiones relativistas (la medida de OPERA era incompatible con este resultado) no se invalidaría la relatividad de Einstein, pero como se sabe que el vacío es inestable si existen los taquiones, habría que hacer cambios importantes en todo lo que sabemos de física o no existiría nada en el universo. Si se comportasen como afirmaba OPERA en septiembre es casi imposible conocer las consecuencias exactas pues violaban casi todas las leyes de la física conocidas, tanto la relatividad como la física cuántica; cuando un resultado físico lo viola todo, las consecuencias son imposibles de predecir, todo dependería de qué leyes determinen su comportamiento.
La idea de que los neutrinos mu son taquiones es muy antigua (que yo sepa desde 1967) y muchos experimentos indican que lo son (aunque con un error más grande que la propia medida). Las consecuencias de que los neutrinos sean taquiones han sido analizadas con todo detalle por muchos físicos y se conocen bastante bien (no violan la relatividad ni la física cuántica, aunque causan muchos problemas a la teoría de la gran explosión o big bang).
Por último, los neutrinos constituyen una realidad desconocida para mucha gente, ¿podría explicar qué aplicaciones tienen y si se ha pensado en alguna en el caso de que circulen más rápido que la luz?
Los neutrinos son partículas que son muy difíciles de detectar o medir, aunque son muy fáciles de producir (tu cuerpo contiene unos miligramos de potasio que emiten neutrinos). La aplicación más obvia son los telescopios de neutrinos, que permiten ver el interior del Sol, algo imposible con fotones, y se propagan por el espacio en línea recta como si nada se interpusiera en su camino. Los neutrinos son las partículas ideales para explorar los fenómenos violentos del universo más alejados de nosotros. Por ello, los mayores detectores de neutrinos del mundo se llaman telescopios de neutrinos.
Se han propuesto algunas aplicaciones curiosas, como utilizar los neutrinos para transmitir mensajes desde submarios cuando se encuentran a gran profundidad. Sin embargo, es un procedimiento muy caro y muy lento para enviar mensajes y los submarinos usan hoy en día ondas de radio ultralargas.
Los neutrinos no son superlumínicos, pero si lo fueran, la teoría de la relatividad permite enviar mensajes al pasado de nuestro futuro (como el antiteléfono de Tolman). Una señal más rápida que la luz permite usar un protocolo por el cual yo podría recibir un mensaje el mes que viene con, por ejemplo, el número premiado en la lotería de Navidad de este año. Así podría comprar un décimo ganador. No se pueden construir máquinas para viajar en el tiempo ni tampoco enviar mensajes a mi pasado actual, solo a mi pasado futuro. Pero la verdad es que estas violaciones de la causalidad permitidas por la relatividad de Einstein son prohibidas por la mecánica cuántica (es una cuestión técnica, pero los taquiones se condensan e inestabilizan el vacío, como sabemos que el vacío es estable, es imposible que existan los taquiones).
De nuevo, muchas gracias.
