El experimento LVD de Gran Sasso confirma con muones de rayos cósmicos el error de 60 ns de OPERA sobre los neutrinos

¿Por qué han dimitido Auterio y Ereditato de OPERA? Nadie lo sabe con seguridad, pero los rumores apuntan a que la razón es la verificación realizada con rayos cósmicos por el experimento LVD (también en Gran Sasso) de la existencia de un error de 60 ns en la medida de tiempos de OPERA. Los muones de los rayos cósmicos a veces pasan por LVD y por OPERA, primero por uno y luego por el otro; se ha medido el momento en que pasan por cada uno para comprobar el sistema de medida de tiempos de OPERA. El resultado indica que la medida de tiempos en OPERA tiene un error sistemático de unos 60 ns (exactamente el adelanto de los neutrinos muónicos publicado en septiembre de 2011). En 2008, LVD y OPERA midieron el momento de llegada de los muones cósmicos y comprobaron que sus relojes estaban bien sincronizados, no había adelanto en OPERA. En algún momento durante 2008 ambos relojes dejaron de estar sincronizados y OPERA adquirió un error sistemático de unos 60 ns. LVD confirma de forma definitiva lo que muchos ya nos temíamos desde hace muchos meses; un error sistemático de 60 ns en OPERA es el causante de la anomalía observada con la velocidad de los neutrinos. Obviamente, ya no hay vuelta de hoja: errores “tontos” observados en OPERA, un desmentido por ICARUS y otro por LVD son ya demasiadas pruebas a favor del delito, la medida de OPERA era errónea fuera de toda duda. La cuestión que tendrás ahora mismo en tu cabeza es, ¿por qué no comprobaron en 2009, en 2010 y en 2011 la sincronización entre LVD y OPERA con muones cósmicos? Nadie lo sabe, por ahora, pero lo que está claro es que esta incompetencia exige que Auterio y Ereditato dimitan fuera de toda discusión (y la discusión de verdad no está en este blog sino en la propia colaboración OPERA). Más información en Matt Strassler, “OPERA’s Timing Issue Confirmed?,” Of Particular Significance, March 30, 2012; la fuente de esta entrada es (en italiano) Emanuela Gialli, “Neutrino, verso il verdetto finale,” RAI Televideo.

Un muón recorre los 160 m entre OPERA y LVD en unos 500 ns (a la velocidad de la luz).

Los rayos cósmicos son partículas de alta energía provenientes del espacio exterior que colisionan con átomos de la atmósfera terrestre creando chorros de piones, muones e incluso neutrinos (y sus antipartículas). Unos 300 muones (o antimuones) han logrado penetrar la roca de la montaña encima del laboratorio de Gran Sasso y atravesar los experimentos OPERA y LVD de forma casi simultánea (están separados unos 160 m, por lo que estos muones son detectados en LVD unos 0,5 μs después que en OPERA).

El análisis de los datos entre 2007 y 2012 muestrapasó algo en el verano de 2008 que introdujo un error sistemático en las medidas de tiempos de OPERA. Esta figura aparece en Maximiliano Sioli (Bologna University and INFN), “Updated results of the OPERA neutrino-velocity analysis on behalf of the OPERA Collaboration,” LNGS Workshop, March 28th 2012. La diferencia entre el tiempo de llegada de los muones a OPERA y a LVD cambió en un valor de 73 ± 9 nanosegundos en algún momento entre mayo y agosto de 2008, con respecto al valor medido con anterioridad. Tras descubrir el problema en OPERA con el conector de fibra óptica en enero, se ha arreglado dicho problema y las medidas de los tiempos han vuelto a su valor anterior a 2008 (el valor medido es para la diferencia es de −1,7 ± 3,7 ns, es decir, cero). El problema de la diferencia de tiempos de llegada para los muones entre OPERA y LVD se ha arreglado. Todo indica que los dos problemas detectados en enero en OPERA, el cable de fibra óptica mal conectado y el reloj mal sincronizado eran responsable íntegros del problema de OPERA. El cable de fibra óptica introducía un error de unos 73 ns y el reloj corregía esta valor hasta unos 60 ns. Misterio resuelto.

Esta fotografía nos muestra la tarjeta de circuito donde se detectó la conexión incorrecta del famoso cable de fibra óptica; he señalado en rojo el lugar donde estaba conectado incorrectamente el cable de fibra óptica que introducía un retraso de unos 73 ns. Esta fotografía de 2006 está extraída de una charla de D. Auterio, “Timing and data-exchange between CERN and LNGS,” [fichero PPT]. La vista de la conexión del cable aparece en la fotografía de abajo; el 6 de diciembre el cable estaba mal conectado y en la fotografía se ve perfectamente, comparada con su correcta conexión el 14 de diciembre. La fotografía está extraída de la charla de G. Sirri (INFN Bologna), “Measurements and cross checks on OPERA timing equipments,” [fichero PPTX].

Las medidas del tiempo necesario para que una señal del GPS llegue desde el reloj maestro en la superficie hasta el reloj esclavo en el experimento subterráneo OPERA no dejan lugar a dudas. El 20 de julio de 2006 y el 13 de diciembre de 2011, tras arreglar el problema del conector, el resultado coincide; sin embargo, el 6-8 de diciembre de 2011 se observaba un retraso de 73,2 ± 0,6 ns debido a la conexión incorrecta. La señal de este conector actúa sobre un fotodiodo ETX100 que activa un preamplificador de la señal. La conexión defectuosa actúa de forma efectiva como un cambio en la capacidad del fotodiodo lo que introduce un retraso en la recepción de la señal óptica.

Si lee esto algún experto en fibra óptica y/o comunicaciones ópticas, disfrutará de la figura de arriba , que muestra claramente el problema introducido por el conector defectuoso; ya expliqué este problema como conjetura en una entrada anterior de este blog, que fue muy criticada por algunos lectores; ahora se confirma que la explicación era correcta, lo siento por los críticos, pero a veces, muy pocas veces, acierto. Brevemente, la conexión incorrecta atenúa la intensidad de la luz que recibe un fotodiodo acoplado a un circuito analógico que debe producir un pulso como entrada a un circuito digital. El pulso se genera con un retraso debido a que la pendiente de la señal de entrada (curva azul) es menor de la esperada. Respecto a la medida de los tiempos de llegada de los neutrinos, este retraso corresponde a que los neutrinos parezca que llegan antes de tiempo (el pulso se utiliza para “estampar” el momento de llegada).

La gran pregunta es ¿por qué no se realizó este chequeo con muones de forma periódica durante los últimos tres años? O al menos antes de hacer públicos los resultados sobre los neutrinos superlumínicos. Como acaba Matt Strassler la entrada en su blog, como en las mejores óperas italianas, tras la resolución de la tragedia, algunas cabezas han tenido que rodar.

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11 pensamientos en “El experimento LVD de Gran Sasso confirma con muones de rayos cósmicos el error de 60 ns de OPERA sobre los neutrinos

  1. Estoy ansioso por conocer todos los detalles. El asunto tenía mala pinta desde el principio. La combinación entre dogmáticos y oportunistas más preocupados en ganar la carrera que en hacer su trabajo lo mejor posible no podía ser buena.

    Por otra parte, Francis, me gustaría saber si se reafirma en la opinión sobre la originalidad de las fórmulas de pérdida de energía aparecidas en el trabajo de Cohen y Glashow sobre neutrinos superlumínicos que expuso en https://francisthemulenews.wordpress.com/2011/11/08/una-critica-a-los-revisores-en-prl-del-articulo-de-cohen-y-glashow-sobre-los-neutrinos-superluminicos/#comments (ver comentario 9, escrito por mí) y de la cual yo discrepo.

    Saludos.

    • Diego, en cuanto a la originalidad de la fórmula de Glashow y Cohen para la pérdida de energía de los neutrinos superlumínicos que depende de la sexta potencia de la energía, yo ya había leído dicha fórmula hace años… por eso me pareció poco original. Ahora bien, si a tí te parece original, pues gracias por discrepar. No tengo más que decir…

      • Hola Francis. Yo pensaba que se había equivocado al citar los artículos. Y estaba interesado en saber cuáles eran las referencias en las que realmente aparecía la mencionada formulada.

        Acusa a Cohen, Glashow y los revisores de PRL («La “nuevas” fórmulas de Cohen y Glashow para la pérdida de energía de los neutrinos superlumínicos por radiación Cerenkov ya aparecen (con otra notación, claro) en el artículo review de E. Giannetto et al., “Are muon neutrinos faster-than-light particles?,” Physics Letters B 178: 115-120, 1986») basándose en un artículo que nada tiene que ver con lo que dice. Ese artículo trata sobre cinemática, no hay interacción y, por tanto, no hay pérdida de energía por emisión de pares. Lea el artículo y después, si quiere, se reafirma o rectifica. Si quiere se lo puedo enviar.

        Saludos.

  2. Soprende que no se revisara todo eso antes de anunciar lo de las velocidadess superluminicas. Buen post francis, por el contenido y el tono.

  3. Si este error de sincro viene ya del 2008, habrá, sin duda, otros implicados, si más no por pura dejadez.

  4. Hola Francis,

    Un cable mal conectado son cosas que a veces pasan. Pero si cuando se realizan las mediciones se llega a la conclusión de que la relatividad especial no las explica, pueden suceder dos cosas. Una que te haya tocado la lotería y dos que haya un error en la medición. Solo atendiendo a las probabilidades de las dos opciones parece sensato en que hay que repasarlo todo una y otra vez. Si no se llega a ninguna conclusión entonces se repasa todo una y otra vez. Si se sigue sin encontrar el origen del error, se pide ayuda para que se realicen experimentos independientes, pero a nivel interno de la comunidad científica especializada y con discreción, por ejemplo, “No se detecta la anomalía de sincronización en las mediciones …”. Cuando todo cuadre a favor de la primera opción (i.e. te ha tocado la lotería), entonces se publica y la gloria ya llegará sola.

  5. Se que no tiene nada que ver con esa entrada, pero tengo que decirte que desde hace unos días que el lector de feeds (liferea), para mi caso, ya que uso linux, me da un error al acceder a tu blog.

    http://feedvalidator.org/check.cgi?url=http://feeds.feedburner.com/FrancistheMuleSciencesNews

    Ahí puedes ver que no es cosa de mi lector, si no que da algunos errores.

    PD: Con el lector de google puedo leer las entradas, pero imagino que el de google ignora los errores.

    • No tengo ni idea de cual es el problema… pero, perdona, no voy a tratar de resolverlo. Pronto este blog cambiará de alojamiento y habrá un informático encargado de esos detalles. Lo siento.

    • Gracias de nuevo Joel Casasayas. He tratado de arreglar todos los problemas (lo de mi nuevo alojamiento se va a retrasar más de lo que pensaba). Ahora parece que Feed Validator da por bueno el Feed. Saludos

    • No, porque la fuente de los neutrinos, los protones de SPS, tienen ahora otras obligaciones (alimentar al LHC con su nuevo modo de trabajo a 8 TeV; ahora mismo hay muchas inyecciones de protones en el túnel del LHC la día porque se están realizando muchas pruebas; la prioridad es la prioridad). Sin embargo, han repetido ciertas pruebas que permiten asegurar cuál será el resultado que se obtendrá. Para los físicos de OPERA lo más importante ha sido estudiar si podían “salvar” los datos tomados entre 2009 y 2011. Han hecho varias pruebas y todo indica que sí, que el “problema” se ha mantenido constante (desde la mitad de agosto de 2008 hasta la mitad de diciembre de 2011), con lo que puede corregirse de todos los datos.

      Aún así, ya está planificada la verificación en mayo por parte de los cuatro experimentos de Gran Sasso utilizando pulsos cortos de neutrinos (como se hizo en octubre de 2011 para OPERA e ICARUS); pero lo cierto es que ahora mismo nadie sueña, ni en sus peores pesadillas, que se vuelva a obtener un resultado superlumínico en ninguno de los cuatro experimentos (Borexino, LVD, ICARUS y OPERA). Tras esta prueba en mayo, el CERN volverá a su modo habitual de envío de neutrinos a Gran Sasso, pulsos largos para garantizar la detección de muchos neutrinos (que es lo que los cuatro experimentos realmente necesitan para sus otros estudios).

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