MINOS mide la velocidad de los neutrinos muónicos

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En septiembre de 2011, el experimento italiano OPERA publicó que la velocidad de los neutrinos muónicos es superior a la velocidad de la luz en el vacío. Más tarde se descubrió un error en la medida. Sin embargo, en EEUU, el experimento MINOS logró financiación para medir la velocidad de los neutrinos. Se acaba de publicar el resultado, en 735 km (que separan el Fermilab (cerca de Chicago) de la mina de Soudan, Minnesota) los neutrinos han llegado 6,2 ± 2,4 ns (nanosegundos) más tarde de lo esperado (es decir, como si fueran un poco más lentos que la velocidad de la luz en el vacío). Un resultado a 2,6 σ que indica la presencia de un error sistemático, o bien una fluctuación estadística. Nos lo cuentan en Phil Adamson, “Exceeding the speed limit? Measuring neutrinos to the nanosecond,” Fermilab Today, April 12, 2013.

MINOS ha medido durante dos meses el flujo de neutrinos en Soudan producidos por la colisión de 80 trillones de protones (0,8 × 1020 POT) contra un blanco de grafito en el Fermilab. En la medida del tiempo de vuelo se ha utilizado un procedimiento similar al usado por OPERA, pero mejorado en ciertos detalles. Se usan dos relojes atómicos sincronizados para la medida de tiempos y un sistema de medida de la distancia basado en GPS (en concreto, un sistema redundante con 32 satélites GPS). Por supuesto, el sistema de medida no puede lograr una precisión por debajo de los nanosegundos, cuando para a medida precisa de la velocidad de los neutrinos (y con ella de su masa) se requiere una precisión de femtosegundos (imposible de lograr usando GPS).

En resumen, un resultado esperado que no ha ofrecido ninguna sorpresa.

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8 pensamientos en “MINOS mide la velocidad de los neutrinos muónicos

  1. «Un resultado a 2,6 σ que indica la presencia de un error sistemático, o bien una fluctuación estadística.»

    ¡O de una masa no nula! ;)

    • JesúsTC, si el resultado fuera correcto, los neutrinos con esa energía (un pico de 3 GeV) tendrían una masa similar a la del electrón. Como la masa de los neutrinos muónicos es menor que la suma de las masas de todos los neutrinos, es decir, menor que 0,30 eV, en 735 km puedes calcular fácilmente que la diferencia de tiempo con respecto a la velocidad de la luz es de femtosegundos (un millón de veces más pequeña) que lo que se puede medir con GPS.

      • Pues es verdad, no me había parado a calcularlo… ¡Gracias por un blog cojonudo!

  2. No soy científico, pero si son partículas v > C: ¿no se comportarían desacelerando en lugar de acelerar?. Quizás deberían observar si las partículas se retrasan al aumentar su energía.

  3. El hecho de que tengan masa no nula hace que una fracción de los neutrinos llegue con retraso al detector, si tuviesen masa nula (supongo) no rozarían con la roca del subsuelo y no tendrían retraso. Phil Adamson comenta un efecto cuántico de los neutrinos del experimento, dice que:

    “Para los neutrinos hay una complicación extra. Mientras vemos como el cuerpo de Usain Bolt refleja la luz sin que ésta afecte a su velocidad, no ocurre lo mismo con los neutrinos. El hecho de observarlos es al mismo tiempo un acto de destrucción pues una vez que el neutrino choca con el detector deja de existir. Los neutrinos observados en los dos detectores de MINOS no son la misma partícula.”

    Las sutilezas del comentario de Adamson se me escapan, pero me parece que volvemos al bucle de siempre. Estamos en un escenario 4D acotado por la velocidad de la luz donde los efectos cuánticos del experimento no falsan la descripción relativista del asunto. Esto no es bueno ni malo, simplemente explica que los experimentos diseñados por observadores tridimensionales producen resultados previsibles. Así lo confirma Francis: “En resumen, un resultado esperado que no ha ofrecido ninguna sorpresa”.

    • Artemio, en el experimento MINOS se utilizan dos detectores de neutrinos, un detector “cercano” (near detector) en el Fermilab, muy cerca del blanco con el que colisionan los protones, y otro detector “lejano” (far detector) en la mina de Soudan a unos 735 km de distancia; esta es la mayor diferencia con el experimento OPERA ya que no hay detector “cercano” en el CERN. Obviamente los neutrinos detectados en el detector “cercano” no son los mismos que los detectados en el “lejano” (esto es lo que comenta Adamson), pero no importa porque lo que se pretende medir es la velocidad de un “paquete” de neutrinos (no la de neutrinos individuales).

      Te recomiendo consultar la figura que aparece en mi entrada “No hay mal (para OPERA) que por bien no venga (para MINOS),” 25 abril 2012.

  4. Hay muy buenas razones por las que esos resultados no pueden estar bien:

    1) La suma de masas de todas las especies de neutrinos (cota de Cosmología).
    2) De nuevo si fueran más rápidos que la luz, se observarían efectos que no se ven cuando se detectan.
    3) Si ese resultado estuviera bien, ya se habrían detectado neutrinos superluminales en otros “neutrino telescopes” o en neutrino beam experiments. Y no es así.

    Sospecho que de nuevo hay algo en el software del GPS que no han incluido (quizás alguna corrección relativista de esas que no todos los graduados conocen) o algún error instrumental/sistemático que se les ha pasado por alto. Esos resultados no pueden estar bien.

    Aunque el experimento es complicado, creo que con esto de los neutrinos se está intetando hacer más ruido del que hay (por ahora, ya que PLANCK es un golpe duro a las esperanzas de nuevas especies de neutrino, aunque aún no se pueden descartar del todo), y me temo que ante la ausencia clara de nueva física (aún) más alla del Higgs o de los recientes resultados de AMS02, los físicos de partículas andan algo desesperados por dar con algo con lo que “llamar la atención mediática”. Si yo estuviera en un experimento de esos, y más después del OPERA affair, yo no me la jugaría a publicar esos datos, pero creo que pueden estar cometiendo el mismo tipo de fallo que OPERA cometió. Espero equivocarme y que esto se aclare. Al menos, esta vez no han venido con resultados a más de 6 sigma…

    Saludos..

  5. Francis, yo sigo apreciando que Phil Adamson adorna su artículo con un toque cuántico: neutrinos que se destruyen al momento de observarlos, que desaparecen al chocar con el detector, etc. Me parece ver cierta sutileza cuando habla de la luz reflejada por el cuerpo del velocista, la cual no afecta a su velocidad, pero no ocurre lo mismo con los neutrinos que son muy evanescentes. Dicho con otras palabras, parece como si la frontera que hay entre los nanosegundos y los femtosegundos abriese un panorama difícil de cartografiar por observadores y aparatos tridimensionales. Dice que “the speed of light remains the unchallenged world champion”. En efecto, pero se refiere a un mundo 4D acotado por c y con una constante gravitatoria local que afecta a la medición.

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