Qué relación hay entre OPERA y el CERN

La mayoría ya sabéis que he escrito una entrada para Amazings.es sobre el experimento OPERA de los neutrinos superlumínicos, “¿Qué ha pasado con el experimento OPERA?,” 24 feb. 2012. El complemento ideal a dicha entrada es la “Entrevista a Caren Hagner: El error de OPERA en los neutrinos superlumínicos,” 27 feb. 2012, traducida del inglés por Kanijo. Estas entradas tratan de poner los pies sobre la tierra para evitar lo que pasa a veces con los medios, que desvirtúan las noticias a extremos inimaginables para una mente cuerda; el mejor ejemplo es “Antena 3 y su universo alternativo en ciencia,” 27 feb. 2012, que nos destacó Irreductible en Amazings.es; ¿rectificar Antena 3, para qué? Incluso en su web siguen en sus trece: Sobre el CERN afirma que “ha reconocido que todo fue un error debido a una mala conexión de un cable de fibra óptica que ha hecho inutiles todos sus experimentos. Al final 27 kilómetros de túneles, una construcción de 1.700 millones de Euros y 1.500 millones anuales de presuesto para 2.000 cientificos de 34 paises no han podido superar Albert Einstein.” He escrito un comentario en Amazings con una transcripción de la noticia de Antena 3 y la explicación de sus múltiples errores [copia al final de este post].

Una cuestión que se pregunta mucha gente es qué relación hay entre OPERA y el CERN. Permíteme un comentario al respecto, similar a uno ya realizado por Matt Strassler en su blog. En física de partículas es bastante habitual que un laboratorio produzca un haz de partículas y que otro grupo de personas, que no tengan nada que ver con los primeros, construyan un detector para dichas partículas; además, hay incluso grupos de personas que desarrollan un experimento que utiliza el haz de partículas de unos y los detectores de otros pero que tampoco son las personas responsables de ambas instalaciones. El CERN tiene un experimento llamado CNGS que produce haces de neutrinos dirigidos hacia Gran Sasso, cerca de Roma (CNGS significa CERN to Gran Gasso). Obviamente, el CERN tiene que aprobar cualquier uso de CNGS, como el que hace OPERA. En OPERA trabajan unos 160 investigadores de 30 instituciones de 11 países; los países con mayor contribución a su financiación son Italia y Japón. Como OPERA necesita usar el haz de neutrinos producido por el CERN, algunas de estas personas pertenecen al CERN, en concreto a CNGS; pero el diseño del experimento para medir la velocidad de los neutrinos y su ejecución es responsabilidad de OPERA y de las 30 universidades y/o laboratorios que intervienen. Ningún miembro del CERN es responsable de OPERA, ni controla lo que se hace en OPERA. La responsabilidad del CERN (en concreto de CNGS) es proveer un haz de neutrinos muónicos de calidad y hasta donde sabemos el CERN a cumplido al 100% con su cometido. Si ha habido cualquier problema en la instalación de OPERA a 730 km de distancia del CERN, podemos excluir toda la responsabilidad del CERN sobre dicho problema. Otra cuestión sería que hubiera habido problemas con el haz de neutrinos generado por CNGS, en cuyo caso la responsabilidad tendría que ser asumida por el CERN.

Por qué el anuncio oficial sobre el problema de OPERA aparece en la página de noticias del CERN. El CERN es responsable de la colaboración CNGS que envía neutrinos muónicos desde el CERN hacia LNGS (Gran Sasso National Laboratory). OPERA utiliza CNGS y LNGS. Todos los experimentos que utilizan CNGS pueden usar los servicios de prensa del CERN para realizar comunicados (la gran ventaja es que los servidores de noticias del CERN son muchos más visitados que los suyos). Creo que hay que recordar que el CERN hay muchas más cosas que el LHC (que es el proyecto estrella, claro está) y sus colaboraciones (ATLAS, CMS, ALICE, LHCb, TOTEM y LHCf). Algunos experimentos del CERN que no tienen nada que ver con el LHC son ALPHA, ASACUSA, ATRAP, AEgIS, CLOUD, ACE, ISOLDE, nTOF, CAST, OSQAR, etc. Incluso AMS-2 (que está en la estación espacial internacional ISS) también es (en parte) un experimento del CERN. Todas estas colaboraciones pueden usar los servicios de prensa del CERN para dar mayor visibilidad a sus resultados.

Otra cuestión que se pregunta mucha gente es qué papel juego el LHC del CERN en el experimento OPERA. Incluso hay gente que cree que los neutrinos se lanzaron desde el LHC del CERN. No es cierto, los protones que produjeron los neutrinos se lanzaron desde SPS hacia un blanco de grafito alineado con Gran Sasso. Los protones que se inyectan en el LHC son previamente acelerados en varias etapas, la etapa final utiliza un acelerador anterior llamado SPS (Super Proton Synchrotron). SPS es un túnel de 6,9 km de perímetro en el que los protones se aceleran hasta una energía de 450 GeV; este acelerador es famoso porque en él se descubrieron los bosones W y Z en 1984. Tras la inyección de protones en el LHC (cuyo túnel es de 27 km), SPS puede seguir funcionando produciendo protones para otros experimentos (hay muchísimos experimentos en el CERN que lo utilizan, además del LHC). OPERA es uno de ellos.

Finalmente, aunque ya todo el mundo la ha visto, no me resisto a incluir el vídeo de la noticia de Antena 3 junto con el desglose de los errores (todo esto ya está publicado en Amazings, por supuesto, pero lo incluyo aquí por si aún hay algún despistado que no se ha enterado).

Gracias a la transcripción de la noticia realizada por Arturo, paso a detallar los errores de la noticia.

Imágenes del túnel del LHC ilustran a la voz en off que dice “Un cable suelto da al traste con el experimento que cuestionaba la teoría de la relatividad de Einstein. El descubrimiento de los científicos que avanzaron que los neutrinos eran más rápidos que la luz pudo ser consecuencia de una chapuza.”

La colaboración OPERA no tiene nada que ver con el LHC y con su túnel. No utiliza el LHC para nada. Mezclar imágenes del LHC mientras se habla de OPERA es un grave error.

Con la fórmula E=mc^2, la periodista dice “Lo bautizaron como “la partícula de Dios” …

“Lo bautizaron” alude a que los científicos bautizaron así el bosón de Higgs. Os recuerdo que “partícula de Dios” fue el título de un libro de Lederman (Premio Nobel y director del SSC) en el que trataba de convencer a los congresistas de EEUU de que financiaran el SSC para buscar el Higgs; entonces el presidente era George Bush (padre) y ya se sabe que a los republicanos se les llena la boca con la palabra “Dios”. El Congreso de EE.UU. canceló el SSC en 1993.

…y afirmaron que podía viajar más rápido que la luz.

Nunca se ha dicho que el bosón de Higgs pueda viajar más rápido que la luz. El experimento OPERA afirmó que los neutrinos (muónicos) viajaban más rápido que la luz. No dijo nada respecto al Higgs.

El anuncio cuestionó hasta la teoría de la relatividad de Einstein, y abrió las puertas a una nueva interpretación del universo.

El anuncio cuestionó a Einstein no porque un taquión (partícula que viaja más rápido que la luz) viole la relatividad, sino porque las propiedades observadas para los neutrinos no tenían ningún sentido. Los neutrinos muónicos observados por OPERA no se comportan como predice la relatividad (por ejemplo, su masa (imaginaria) tendría que ser millones de veces mayor que la medida en experimentos cosmológicos).

Con la fórmula E=mc² como fondo, el periodista (director de informativos de Antena 3, por cierto) dice “Los científicos han pasado de la euforia a una sonora decepción. Han reconocido que todo fue un error de cálculo. La culpa fue de un cable suelto.

¿Euforia? Nunca ha habido euforia por el resultado de OPERA, más bien todo lo contrario. ¿Error de cálculo? No lo han reconocido. El conector de fibra óptica es una posible fuente de error que no había sido considerada. Todavía no se sabe si es “la fuente” del problema (no se sabrá hasta que se repitan las medidas en mayo).

Imágenes de archivo de Albert Einstein y voz en off con “Lo dijo Albert Einstein hace 107 años, nada puede viajar más rápido que la luz, ya que hacerlo significaría ir hacia el pasado, y así lo dejó plasmado en su teoría de la relatividad.

No es cierto que Einstein o la relatividad afirmen eso. Esta teoría clásica permite la existencia de taquiones (partículas que viajan más rápido que la luz), aunque violan ciertos fenómenos cuánticos que hacen inconcebible su existencia. En cuanto a los viajes al pasado, también es falso, ya que se pueden enviar señales hacia el pasado con ciertas restricciones, pero “viajar al pasado” suele entenderse como que un objeto sublumínico viaje al pasado y eso no es posible, ni siquiera si los neutrinos fueran superlumínicos.

Imagen del portavoz de OPERA, el físico Antonio Ereditato, hablando “Si encontramos que estas partículas naturales llamadas neutrinos pueden viajar más rápido que la luz, será algo que impactará a todo el mundo.

Esto es correcto.

Imagen del túnel del LHC y una voz en off dice “El experimento consistió en lanzar 15.000 rayos de neutrinos desde su laboratorio en Suiza hasta otro situado en Roma.

Explicar el experimento otra vez me da pereza. No se lanzaron 15000 rayos de neutrinos. Se lanzaron “infinidad” (el número exacto no lo recuerdo y no importa) de neutrinos desde el CERN hacia Gran Sasso; solo unos poquitos llegaron allí, la mayoría se dispersó y poquísimos fueron detectados (solo unas decenas de miles); de esos solo unos pocos se consideraron eventos válidos (que cumplan ciertas restricciones técnicas relacionadas con la medida de tiempos); estos últimos son los 15000 neutrinos detectados.

Imágenes del LHC el primer día que hubo colisiones y la voz en off dice “Los neutrinos aventajaban en 60 nanosegundos a las partículas de luz.

Mucha gente creerá que también se enviaron partículas de luz (fotones). Habría que decir que llegaron 60 ns antes de lo esperado si se movieran a la velocidad de la luz (como su masa es muy pequeño esta velocidad es una aproximación muy buena a su velocidad ligerísimamente más pequeña).

Científicos vitorean y se alegran de que las primeras colisiones en el LHC hayan sido todo un éxito (posiblemente en diciembre de 2009) y la voz en off “El anuncio desató la euforia de los científicos. Los resultados abrieron las puertas de nuevos sueños, …

Esto es completamente falso. No hubo euforia y no se abrió ninguna puerta.

Imágenes artísticas de un campo de Higgs alrededor de partículas con masa y la voz en off dice “…empezó a hablarse de la respuesta a los enigmas del universo.

¿Qué tienen que ver los neutrinos superlumínicos con los enigmas del universo y con el campo de Higgs? Supongo que por enigmas del universo la mayoría de la gente entiende enigmas cosmológicos y que mucha gente creerá ver en el campo de Higgs de las imágenes alguna configuración astrofísica o cosmológica.

Imágenes de Rolf Heuer (director general del CERN) que nos dice “En 2012 podremos responder a la definitiva pregunta de Shakespeare sobre ser o no ser.

Heuer está hablando del bosón de Higgs, si existirá o si no existirá, por eso alude al ser o no ser. Esto, sacado de contexto, puede significar cualquier cosa y en una noticia sobre neutrinos no tiene ningún sentido.

Imagen del comunicado de prensa del CERN en el que la colaboración OPERA explica los dos problemas que ha detectado y la voz en off dice “Pues va a ser que no. En este comunicado el Centro de Investigación Nuclear CERN de Ginebra ha reconocido hoy que todo fue un error…

El comunicado es de OPERA no del CERN, pero bueno. Dicho comunicado no reconoce que “todo fue un error” sino que se han detectado dos fuentes de error no consideradas con anterioridad (se explica en otras entradas de Amazings, la mía y la de Kanijo, así que no entraré en más detalles).

Imágenes del túnel del LHC y la voz en off dice “…debido a una mala conexión de un cable de fibra óptica que ha hecho inútiles todos sus experimentos. Al final, los 27 kilómetros de túneles, una compleja construcción de 1.700 millones de euros y 1.500 millones anuales de presupuesto para 2.000 científicos de 34 países no han podido superar esto… El cerebro de un genio, Albert Einstein.

Una barbaridad como la copa de un pino. ¿Qué tendrá que ver el LHC con OPERA? ¿Qué tendrá que ver el coste del LHC con el coste de OPERA? OPERA es financiada por el gobierno italiano y el japonés, con contribuciones sustanciales de Bélgica, Francia, Alemania y Suiza. En esta colaboración trabajan unos 160 investigadores de 30 instituciones de 11 países.

Imágenes de un cerebro con la voz en off dice “…el cerebro de un genio, Albert Einstein.

Y en cuanto al cerebro que aparece al final, un toque gore en la noticia, no es el de Einstein. Hay varios documentales sobre el cerebro de Einstein que muestra que no está tan bien conservado como el del vídeo. [De hecho está troceado como se comenta en Antonio, “Exhiben las muestras del cerebro de Einstein por primera vez,” Amazings.es, 23 Nov. 2011].

Y listo. Espero haber aclarado los errores de la noticia.

La noticia de los neutrinos superlumínicos de OPERA en Nature y en Science

Adrian Cho nos cuenta que la mayoría de los físicos ha mirado con incredulidad el resultado obtenido por los físicos de la colaboración OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus). Las apuestas apuntan a un “error sistemático” no identificado aún. Pero no todos opinan lo mismo, algunos ven en dicho resultado una oportunidad única para proponer nuevas extensiones del modelo estándar. V. Alan Kostelecky, físico teórico de la Universidad de Indiana, Bloomington, EE.UU., inventó hace 15 años el Modelo Estándar Extendido (SME) que viola la teoría de la relatividad introduciendo un “campo de fondo” que actúa de “sistema de referencia preferido.” Si dicho campo de fondo solo actúa sobre los neutrinos, Kostelecky afirma que su teoría explica el resultado observado por OPERA. Su teoría no permite el envío de información hacia al pasado, evitando los problemas de causalidad que implica la existencia de neutrinos superlumínicos. Según Cho, el resultado de OPERA podrá repetido en menos de un año en MINOS (Main Injector Neutrino Oscillation Search), en la mina de Soudan (Minnesota), que recibe neutrinos del Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory), en Batavia, Illinois (yo creo que Cho peca aquí de optimista). También podrá ser repetido por el experimento japonés T2K (Tokai to Super-Kamiokande), en el que se estudian neutrinos producidos por el JPARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) en Tokai, dirigidos hacia los detectores localizados ne la mina de Kamioka. Nos lo ha contado en Adrian Cho, “Special Relativity: From Geneva to Italy Faster Than a Speeding Photon?,” News & Analysis, Science 333: 1809, 30 September 2011.

El rumor surgió en un blog el 15 de septiembre, el artículo fue liberado el 22 y la rueda de prensa en el CERN fue el 23, aunque el resultado se descubrió en marzo de 2011. “Han pasado los últimos 6 meses tratando de buscar un error en su análisis, pero no lo han encontrado, por lo que han liberado sus resultados para recabar la ayuda de toda la comunidad,” afirma Dario Autiero, del Instituto de Física Nuclear en Lion (IPNL), Francia, coordinador de OPERA. Algunos físicos senior de la colaboración, como Caren Hagner de DESY, han preferido no firmar el artículo de OPERA; según Hagner era necesario haber seguido chequeando el resultado durante más tiempo antes de hacerlo público. OPERA está en boca de todo el mundo, ya el anuncio sobre los neutrinos superlumínicos ha generado una expectación mediática sin precedentes. Sin embargo, “la mayoría de los físicos sospechan que hay errores sistemáticos sutiles, aún por descubrir, pues el experimento es muy complicado,” como recuerda Rob Plunkett del experimento MINOS (Main Injector Neutrino Oscillation Search) en el Fermilab, cerca de Chicago. La mayoría de las dudas apuntan a dos elementos, la sincronización mediante GPS y las diferencias entre la forma de la señal en el CERN (el tren de protones) y en Gran Sasso (el tren de neutrinos). Nos lo ha contado Eugenie Samuel Reich, “Speedy neutrinos challenge physicists. Experiment under scrutiny as teams prepare to test claim that particles can beat light speed,” News, Nature 477: 520, 29 September 2011.

En mi opinión personal, la fuente del error puede estar en el ajuste del frente de los trenes de protones y de neutrinos. En óptica no lineal, cuando se observa la propagación superlumínica de señales siempre es debido a este problema, definir correctamente cuando ha llegado el tren de fotones (paquete de ondas) debido a que su forma no coincide con el tren emitido y utilizar el mismo criterio en ambos no está justificado. Para los aficionados al deporte quizás ayude saber que este problema es el mismo que el de la foto finish. Se supone que el instante de llegada del corredor es cuando su pecho supera la línea de meta, pero que pasa si el atleta torsiona su cintura al llegar y lo que se observa en la foto finish es la llegada del hombro; o si estira el brazo y lo que llega primero a meta es la parte del pecho cercana al cuello; o que si pasa si hay atletas más altos y más bajos; cuándo llegó el centro del pecho a cruzar la línea es un problema que requiere el criterio de los jueces de la competición y este criterio puede variar de un juez a otro. La forma del frente del tren de protones (donde se inicia la cuenta de tiempos en el CERN) se utiliza como referencia (línea roja) y se ajusta a la forma del frente del tren de neutrinos (donde finaliza la cuenta de tiempos en Gran Sasso). Obviamente, los científicos de OPERA han considerado esta posibilidad en detalle, pero en este tipo de experimentos la duda siempre surge. Abajo os muestro la figura original de los frentes y la misma figura con la línea roja en blanco, ¿por dónde dirías que debería pasar la línea roja? Por cierto, la incertidumbre horizontal de los puntos de unos 50 ns y se ha medido una diferencia de tiempos de solo 60 ns. No quiero decir nada más. Entre los que opinan como yo recomiendo leer a Jon Butterworth, “Those faster-than-light neutrinos. Four things to think about,” Life and Physics, 24 sep. 2011.

Humor para informáticos: El día a día en el centro de cálculo del CERN en 1974

Curioso vídeo al estilo de Monty Python  filmado por Henk Slettenhaar en el CERN en 1974. Quizás de poco interés para los físicos, muchos informáticos agradecerán el repaso a las tecnologías de los ordenadores de la época en uno de los centros de cálculo, ya entonces, más importantes del mundo. ¡Qué lo disfrutéis! Visto aquí.

Este otro vídeo, solo  para los más curiosos, muestra el primer ordenador del CERN, un Ferranti Mercury, que funcionó entre 1958 y 1965.

El experimento OPERA en Gran Sasso observa en directo la transformación de un neutrino muónico generado en el CERN en un neutrino tauónico

Un neutrino muónico producido en el colisionador SPS del CERN, tras atravesar 732 km. por el interior de la corteza terrestre, se ha transformado en un neutrino tauónico que se ha desintegrado en un tauón (leptón tau), que tras recorrer unos cientos de micrómetros durante unas billonésimas de segundo ha colisionado con un átomo de un detector del experimento OPERA en el laboratorio subterráneo de Gran Sasso, en el norte de Italia, produciendo un bosón W que a su vez se ha desintegrado en tres partículas cargadas que han sido observadas en los escintiladores de dicho experimento. Una señal inequívoca y por primera vez una observación directa de que los neutrinos oscilan (cambian de identidad).  In extremis, justo cuando el experimento ICARUS, el relevo de OPERA, acaba de iniciar la toma de datos, este experimento ha logrado observar lo que ya parecía (casi) imposible. Una gran noticia en la física de partículas de la que se han hecho eco muchos foros, como “Particle Chameleon Caught in the act of Changing,” CERN Press release, 31 May 2010 (noticia traducida en Ciencia Kanija); “The metamorphosis of a neutrino directly observed for the first time,” INFN.it, 31-05-2010; “OPERA catches its first tau neutrino,” Symmetry breaking, May 31, 2010; Tommaso Dorigo, “OPERA Sees Tau Neutrino Appearance!!,” A Quantum Diaries Survivor, May 31st 2010; y Lubos Motl, “CERN sends muon neutrinos, Gran Sasso detected one tau neutrino,” The Reference Frame, May 31, 2010. El vídeo de youtube que abre esta entrada, de CERN Video News, explica la noticia muy bien.

Los neutrinos oscilan (cambian de tipo) porque tienen masa en reposo no nula (Premio Nobel de Física de 2002). Hay tres tipos de neutrinos (electrónico, muónico y tauónico). La evidencia cientifíca de que los neutrinos cambian de tipo conforme se propagan (tanto en el vacío como en un medio material) era indirecta (obtenida o confirmada por primera vez en 1998 por los japoneses de SuperKamiokande): al observar un flujo de neutrinos de cierto tipo se encontraban menos neutrinos de ese tipo de los esperados (luego el resto debía haber cambiado de tipo, la materia ni se crea ni se destruye). La oscilación de los neutrinos ha sido confirmada en muchos experimentos desde entonces. El experimento OPERA, en el Laboratorio de Gran Sasso, norte de Italia, se diseñó para observar “en directo” (hay que recordar que es un proceso que dura unas decenas de billonésimas de segundo)  un neutrino tauónico (en realidad el tauón en el que se ha desintegrado) en un flujo de neutrinos muónicos que ha recibido desde el CERN, a 732 km de distancia. Cada neutrino muónico necesita 2’4 milisegundos para llegar desde SPS hasta uno de los cubos del detector OPERA.

La primera vez en la historia que se observa de forma directa este fenómeno. Muchos dirán que esta noticia es poco relevante, ya que todo el mundo sabe que los neutrinos oscilan. Bueno, en OPERA llevan tres años esperando esta observación directa. Se esperaba que OPERA realizara esta observación en muchísimas ocasiones durante estos tres años. Muchos ya daban por perdida la búsqueda. Pero nunca digas nunca jamás y al final lo han logrado. In extremis. ¡Enhorabuena!

PS: la reconstrucción por ordenador del evento observado (en física de partículas, candidato a neutrino tauónico). La línea celeste es la trayectoria de un leptón tau que se supone que se produjo en la desintegración de un neutrino tau que incidió en uno de los cubos (ladrillos o bricks) de los detectores.

Estatus actual de la búsqueda del bosón de Higgs (en la reunión de la APS)

Traducción libre de “PHYSICS NEWS UPDATE”, The American Institute of Physics Bulletin of Physics News, Number 861, April 15, 2008, www.aip.org/pnu by Phillip F. Schewe and Jason S. Bardi.

ENCONTRAR EL BOSÓN DE HIGGS es el problema más importante a resolver en los dos aceleradores de partículas más grandes que nunca se han construido: el Tevatrón del Fermilab (EEUU), que ahora está alcanzando sus picos de energía tras décadas de funcionamiento, y el LHC (Gran Colisionador de Hadrones) en el CERN (Europa), donde en los próximos meses se harán circular haces de protones (núcleos de hidrógeno) y antiprotones (sus antipartículas) en un túnel de 27 km de longitud. La partítula de Higgs todavía no ha sido encontrada, pero en la conferencia de la Sociedad de Física Americana (APS), esta semana, en St. Louis, docenas de charlas se han referido al estatus actual de la búsqueda del Higgs.

¿Por qué el Higgs es tan importante? Porque se supone que domina el vacío en el universo; no como el antiguo éter, sustrato material para la propagación de ondas electromagnéticas, sino para interactuar con otras partículas y dotarlas de masa (en reposo) no nula. El campo del Higgs normalmente está oculto en el propio vacío, pero si acumulamos suficiente energía en un volumen de espacio minúsculo, como en el punto en el que dos haces de partículas muy energéticas colisionan, entonces el Higgs aparece como una partícula “real” masiva cuya existencia puede ser detectada.

Los cálculos teóricos usando el Modelo Estándar de la Física de Partículas combinadas con cotas obtenidas de experimentos desarrollados en el pasado nos permiten limitar el rango de masas en reposo de la partícula de Higgs. Ahora mismo sabemos que su masa en reposo debe ser mayor que 114 GeV, pero menor que unos 190 GeV. El Tevatrón del Fermilab genera energía más que suficiente para crear una partícula con ese rango de masas. El mayor problema es su luminosidad, o la densidad de partículas en el haz que se hacen colisionar juntas por segundo. El Tevatrón recientemente ha alcanzada su récord de luminosidad: 3.1 x 10^32 por cm^2 por segundo.

¿Cómo veríamos un bosón de Higgs en el Tevatrón?  Brian Winer (de la Universidad del Estado de Ohio) dice que “el evento más parecido a un evento tipo Higgs” visto hasta el momento en las colisiones protón-antiprotón en el Tevatrón ha creado una bola de fuego (fireball) que ha decaído en un bosón W (uno de los portadores de la fuerza nuclear débil) y una partícula de Higgs. Pero esta última ha decaído tan rápidamente en un par quark-antiquark (en concreto, bottom-antibottom) con una masa combinada superior a 120 GeV. Como tal, dicho evento no constituye un descubrimiento. Hay eventos de “fondo” que se parecen al resultado de observar un Higgs. Una observación “de verdad” del Higgs requiere eventos candidatos sustancialmetne mayores que el número de eventos de “fondo” esperados. Quizás con el tiempo (e incrementos en la luminosidad) el Tevatrón podrá acumular suficientes eventos candidatos a Higgs como para establecer un “descubrimiento” estadísticamente satisfactorio. Un físico del Tevatrón, Dmitri Denisov (denisovd@fnal.gov) resume el estado actual de los experimentos asociados a los detectores CDF y D0, e indica que se espera que para el año 2010, con una luminosidad posiblemente del doble de la actual y con un número de eventos unas 4 u 8 veces mayor, el Higgs sea “descubierto” en el Tevatrón.

Pero quizás se adelanten en el CERN. A las energías de las colisiones de haces protón-antiprotón en el LHC, el Higgs, si existe, será observado abundantemente. Abraham Seiden (abs@scipp.ucsc.edu) de la Universidad de California en Santa Cruz, resumió el estado actual del LHC. Los ingenieros y científicos del CERN están ajustando los imanes que garantizan que los protones sigan la trayectoria correcta que deberán funcionar a temperaturas próximas al cero absoluto, necesarias para que operen como superconductores. Aunque el LHC está diseñado para alcanzar energías de hasta 7 TeV, será “encendido” a “solamente” unos 5 TeV. Seiden indica que está planificado que para mediados de junio se enfrien los imanes superconductores y esté lista para que los haces de protones empiecen a circular por el anillo. Para agosto próximo se espera que se produzcan las primeras colisiones y “todo” comience … y la historia del Higgs se reescriba … Sin embargo, varios científicos en la Conferencia de la APS estaban un poco excépticos sobre esta fecha cuando fueron preguntados en privado. Agosto es la fecha de los optimistas. Los pesimistas lo retrasan a finales de este año.

El escenario de posibles descubrimientos en el LHC esperado para los próximos años, dice Seiden, más allá del Higgs, hace posible que la primera partícula supersimétrica (la de menor masa en reposo de una gran familia de partículas hipóteticas parejas de las que conocemos) puede ser detectada como pronto en 2009 antes de la confirmación última del Higgs que deberá esperar a 2010.

La carrera de la búsqueda del Higgs está en la línea de salida y sólo ganará el que tenga más “suerte”, ya que tanto Tevatrón como LHC esperan tener un descubrimiento “confirmado” en 2010. ¿Quién ganará? Se admiten apuestas.

Paseando por la ciudad casi a la velocidad de la luz (o mirando a través de un agujero de gusano)

Ver la realidad con ojos “relativistas”, a velocidades cercanas a la velocidad de la luz, nos acerca a lo que podía pensar e imaginar la mente de Einstein cuando estaba desarrollando la teoría especial de la relatividad (según él se imaginaba a sí mismo “montado” en un rayo de luz). El artículo de U. Kraus, “First-person visualizations of the special and general theory of relativity,” Eur. J. Phys. 29, pp. 1-13 (2008), nos ofrece dicha posibilidad. Han preparado varios vídeos (arriba tenéis uno, abajo otro) donde visualizan cómo vería una persona en una “bicicleta relativista” una ciudad si pudiera alcanzar velocidad próximas a las de la luz (hasta del 95% de ésta). El artículo explica la teoría detrás de estas simulaciones, muy sencilla, por cierto.

La relatividad y los efectos relativistas me recuerdan la reciente polémica sobre si se podrán “fabricar” agujeros negros y agujeros de gusano en el futuro LHC del CERN, suscitada en los mass media gracias al artículo I.Ya. Aref’eva and I.V. Volovich, “Time Machine at the LHC,” ArXiv preprint, 25 Oct 2007, quienes sugieren un test del principio de causalidad en el LHC si éste observa mini-agujeros negros. Si la escala de la graveda cuántica es del orden de unos pocos TeV (tera-electrón-voltios, una unidad de energía) en las colisiones protón-protón en el LHC se podrían generar agujeros negros y agujeros de gusano. Éstos últimos son pequeñas “máquinas del tiempo” (regiones del espacio-tiempo con curvas temporales cerradas) que pueden violar el principio de causalidad (el nieto retornó al pasado desde el futuro y mató a su abuelo, ¿qué pasará?). Estos mini-agujeros de gusano violan ciertas principios físicos clásicos pero quizás estén permitidos por la física cuántica (que muchas veces se nos muestra muy exótica) y conducirían a un tipo de materia exótica, sorprendentemente, muy parecido a las propiedades de la “famosa” energía oscura que puebla el 72% del Universo. El artículo discuto cómo se podrían detectar (cuáles serían las señales) de este tipo de mini-máquinas del tiempo.

La idea de crear agujeros negros en grandes aceleradores de partículas no es nueva. Por ejemplo, véanse los artículos citados por Marcus Bleicher, “How to Create Black Holes on Earth?,” ArXiv preprint, 24 May 2007, y se basan en la existencia de dimensiones superiores (predichas por la teoría de cuerdas y sus variantes) de gran radio (del orden de micras). Sería absolutamente “alucinante” que se observarán mini-agujeros negros en el LHC. Aunque no se conocen las leyes físicas en detalle que regirían estos fenómenos lo que parece claro es que la traza dejada por estos objetos sería suficientemente distintiva. Por cierto, que no pasaría nada, que no se “tragarían” nuestro mundo ni nada de eso, como tendrían muy poca masa, se evaporarían (si la radiación de Hawking se realmente es cierta) en muy poco tiempo.

Y todo esto porque Michael S. Morris and Kip S. Thorne, “Wormholes in spacetime and their use for interstellar travel: A tool for teaching general relativity,” American Journal of Physics 56, 395-412 (1988), presentaron los viajes en el tiempo a través de agujeros de gusano como un medio “bonito” de explicar física relativista. Con docentes así, la vida de los estudiantes es más fácil, ¿o no?.