Lo siento, ICARUS no refuta a OPERA en relación a los neutrinos superlumínicos

Por Francisco R. Villatoro, el 19 octubre, 2011. Categoría(s): Ciencia • Física • Noticias • Physics • Prensa rosa • Science ✎ 27

Gracis a César (@Edocet) me he enterado del último artículo del experimento ICARUS sobre los neutrinos superlumínicos observados por OPERA en Gran Sasso que se comenta en Hamish Johnston, «Subluminal neutrino news from Italy,» PhysicsWorld.com, Oct 19, 2011. Permíteme explicar por qué la noticia no es interesante y no aporta mucho sobre el asunto de si los neutrinos son superlumínicos o no lo son.

Lo primero es lo primero. El nuevo artículo técnico es ICARUS Collaboration, «A search for the analogue to Cherenkov radiation by high energy neutrinos at superluminal speeds in ICARUS,» ArXiv 17 Oct 2011, quienes han tratado de encontrar la radiación predicha por Andrew G. Cohen, Sheldon L. Glashow, «New Constraints on Neutrino Velocities,» ArXiv 29 Sep 2011, si los neutrinos muónicos fueran superlumínicos como se observó en OPERA Collaboraton, «Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam,» ArXiv, 22 Sep 2011.

A estas alturas todo el mundo sabe que el experimento OPERA observó que los neutrinos son partículas superlumínicas. En ArXiv se han publicado cientos de artículos teóricos sobre este tema, incluyendo muchas explicaciones sobre por qué son superlumínicos y muchas otras en contra de que lo sean. La mayoría de estas últimas son «chorradas» sin pies ni cabeza escritas por físicos sin una formación en física de partículas suficiente para creerse lo que están contando (pido perdón si alguno se siente aludido, pero es increíble la cantidad de chorradas que se han dicho). Por ejemplo, la chorrada de que los científicos de OPERA no tienen ni idea de sincronizar relojes mediante GPS y que han cometido un error trivial de 64 ns al no considerar los efectos de la relatividad especial en el movimiento de los satélites (Ronald A.J. van Elburg, «Time-of-flight between a Source and a Detector observed from a Satellite,» ArXiv 12 Oct 2011; en español podéis leer la traducción de Kanijo, «El misterio de los neutrinos más rápidos que la luz resuelto por la Relatividad Especial,» Ciencia Kanija 15 oct 2011, del artículo de KFC, «Faster-than-Light Neutrino Puzzle Claimed Solved by Special Relativity,» ArXiv Blog 10 oct 2011). Como es obvio, van Elburg no es experto en GPS (es físico pero trabaja en inteligencia artificial), los expertos en GPS de la colaboración OPERA no son «imbéciles» y no han podido cometer un error tan trivial (se han defendido dos tesis doctorales, que yo sepa, sobre esta tema en la colaboración OPERA y se lleva trabajando casi 20 años en este asunto, incluso antes de que se formara la colaboración OPERA). Creo que no hay más que decir… Me esto yendo por las ramas. Al grano.

Entre las propuestas teóricas más famosas en contra del resultado de OPERA se encuentra el artículo de un Premio Nobel, Sheldon Lee Cooper, perdón, S. L. Glashow. Si los neutrinos muónicos son superlumínicos tienen que radiar pares electrón-positrón sublumínicos de manera similar a la radiación de Cherenkov que se emite cuando una partícula se mueve en un medio más rápido que la velocidad de la luz en dicho medio. Si Cohen y Glashow tienen razón es imposible que se hubiera observado ningún neutrino en Gran Sasso [con una energía superior a 12,5 GeV], todos [los que tienen una energía superior a 12,5 GeV habrían perdido energía por radiación] por el camino. Pero no ha sido así, con lo que Cohen y Glashow afirman que el experimento OPERA tiene que tener un error sistemático sutil que cuando sea descubierto demostrará que los neutrinos son partículas sublumínicas.

¿Qué es lo que han hecho en el experimento ICARUS? Han pensado algo curioso. Imaginemos que los neutrinos superlumínicos radian por Cherenkov como predice Cohen y Glashow, entonces pierden energía durante los 730 km de trayecto entre el CERN y Gran Sasso. El resultado sería que el espectro de energías para estos neutrinos observado en Gran Sasso sería deficiente en neutrinos de alta energía (según Cohen y Glashow no habría casi ningún neutrino por encima de los 12,5 GeV). OPERA ha observado muchos neutrinos por encima de esta energía (la mayoría de los 16111 que han observado). Lo que ha hecho ICARUS, que también puede detectar neutrinos muónicos, es analizar el espectro de energía de estos neutrinos. La figura de arriba muestra el resultado de analizar dicho espectro para los neutrinos que han observado durante 2010 provenientes del CERN. Como se observa estos neutrinos tienen una energía media de 26 GeV, muy por encima de los 12,5 GeV. ICARUS es un experimento diferente de OPERA y utiliza dos piscinas de argón líquido de 3,6 x 3,9 x 19,9 metros cúbicos. Su medida indica que hay neutrinos de alta energía, luego está en contra de la predicción teórica de Cohen y Glashow. Además, el espector observado es muy similar al esperado según las simulaciones de Montecarlo y al observado por OPERA. La pena es que ICARUS no puede medir los tiempos de llegada ni la velocidad de los neutrinos. Por tanto, ICARUS no puede ni confirmar ni refutar el resultado de OPERA. Lo único que concluyen en su artículo es que, o bien la teoría del Premio Nobel es incorrecta, o bien los neutrinos no son superlumínicos (que es lo que ya concluía el Premio Nobel en su artículo). Maravilloso. Gran noticia. Pero a mí no me sorprende.

¿Por qué no me sorprende esta noticia? Porque ya se sabía lo que concluyen. Si Cohen y Glashow tienen razón no habrían sido detectados prácticamente ningún neutrino superlumínico por OPERA (con energías mayores de 12,5 GeV). Pero estos neutrinos muónicos han sido detectados tanto por OPERA como por ICARUS. Repito lo dicho, aunque resulte pesado, o Cohen y Glashow no tienen razón, o los neutrinos son sublumínicos. ICARUS no aporta ninguna información nueva a lo que ya se sabía.

Lo siento, ICARUS no refuta los resultados de OPERA (o no los refuta más allá de que ya lo hizo el Premio Nobel Sheldon Lee Cooper, perdón, qué dezliz de nuevo, Glashow).

Perdonad el tono jocoso de esta entrada, pero me hace gracia cuán de moda están los neutrinos hoy en día. Por cierto, esta noche, los interesados en estos asuntos tenéis que estar atentos a las 20:30 (hora española) ya que la BBC 2 emite un programa presentado por el genial Marcus du Sautoy sobre los neutrinos superlumínicos titulado «Faster Than the Speed of Light?,» Today, 21:00 on BBC Two. Yo trataré de verlo en directo, pero sé que no me va a ser fácil (espero que se pueda ver en diferido en la progamación a la carta de la BBC 2).

PS: He editado esta entrada, añadiendo una figura de ICARUS y volviendo a redactar el párrafo principal. No tengo disculpa pero empecé a escribir esta entrada una hora antes de irme a dar clases y la hora de clase se acercaba peligrosamente…

PS: Recomiendo (gracias Pedro, Ecos del futuro) leer a Ethan Siegel, «Game Over for Faster-Than-Light Neutrinos?,» October 18, 2011 [la parte final habla con un poco más de detalle que yo sobre el resultado de ICARUS, incluyendo el espectro de muones (falta el de hadrones), y añadiendo al espectro de neutrinos la energía de corte de 12,5 GeV predicha por Cohen-Glashow).

Por supuesto, hay quien afirma con rotundidad que Cohen y Glashow no pueden errar y que por tanto ICARUS ha refutado a OPERA. Entre ellos nuestro físico experimental favorito (me encanta su trabajo) Tommaso Dorigo, «ICARUS Refutes Opera’s Superluminal Neutrinos,» A Quantum Diaries Survivor, October 18th 2011. En mi opinión (y no soy el único) Tommaso aquí ha pecado de rotundo y poco científico; él está seguro, igual que yo, que los neutrinos no son superlumínicos, pero decir que ICARUS lo demuestra ya es cuestión de fe.

Por cierto, en español (y habiendo publicado la entrada antes que Tommaso y creo que yo), también defiende esta postura uno de los grandes divulgadores de física en España, sino el más grande, MiGUi, «ICARUS, el experimento “gemelo” de OPERA descarta los neutrinos superlumínicos,» 19 de octubre de 2011. En mi opinión, tanto MiGUi como Tommaso, como incluso la prensa, han disparado demasiado rápido contra de OPERA.



27 Comentarios

  1. Francis, hay que analizar los datos, y ver si lo han hecho bien o no, y no dar por sentado que lo han hecho bien porque llevan muchos años. Da la impresión de que estás argumentando en base a la autoridad.

    Por otro lado, la ciencia hecha espectáculo. En fin…

  2. Hola Francis,

    un par de cosas:

    – En ICARUS lo único que dicen es que no han encontrado rastro de Cherenkov débil en el detector, que es lo único que pueden decir siendo estrictos. No he leido que digan que sólo se da en el detector por arte de magia.

    – En la propuesta de Cohen-Glashow el neutrino no desaparece por desintegraciones sino que deberían de haber medido una energía menor para los neutrinos de la que han medido (que básicamente es la de salida).

    Lo que me pregunto es que si una partícula superlumínica pierde energía ¿su velocidad aumenta o disminuye?

    1. CC, perdona la licencia (jocosa) de lo de «por arte de magia» pero si lees el artículo de Cohen y Glashow verás que afirman que «Few, if any, neutrinos will reach the detector with energies in excess of 12.5 GeV.» Si ellos tienen razón y los neutrinos son superlumínicos, sus cálculos indican que es imposible que miles de neutrinos con una energía superrior a 12,5 GeV hayan llegado a Gran Sasso, como así ha sido según OPERA (algo que ahora confirma ICARUS).

      En ICARUS han vuelto a medir el espectro de energía de los neutrinos y han observado lo mismo que afirmaba OPERA, no se observa ni rastro de la radiación tipo Cherenkov de Cohen-Glashow. ICARUS no puede desmentir a OPERA pues no mide los tiempos de llegada de los neutrinos ni su velocidad.

      Tienes razón, «en la propuesta de Cohen-Glashow el neutrino no desaparece por desintegraciones.» Pero lo que quería decir era que los neutrinos pierden energía y es como si desaparecieran los neutrinos de cierta energía, apareciendo con otra, claro.

      Gracias, CC, lo aclararé en la entrada (que he escrito con prisas, ahora mismo me voy a dar clases).

      «Si una partícula superlumínica pierde energía ¿su velocidad aumenta o disminuye?» Buena pregunta, si fuera un taquión aumenta su velocidad, pero ya dije que en mi opinión los resultados de OPERA indican que no son taquiones, sino superlumínicos, así que depende de la teoría que más te guste… me vooooyyyy

  3. Es que esto se llama Cherenkov por no llamarlo Pablito, porque aquí el efecto no es que sea Cherenkov en el sentido que comentas sino que si una partícula es superlumínica tiene procesos permitidos cinemáticamente que no son posibles en el caso sublumínico. Por ejemplo todo el mundo puede entender que una partícula A no puede desintegrarse en A+B (porque eso va en contra de la conservación de la energía). Pero en el caso superlumínico eso está permitido y ciertamente decir Cherenkov es algo incorrecto si te refieres al vacío.

    Gracias por puntualizar ese abuso del lenguaje.

  4. Entiendo tu punto pero no estoy seguro de estar de acuerdo con la conclusión lógica de tu post. Me parece que el argumento es que, de haber realmente detectado neutrinos superlumínicos y basados en nuestro conocimiento actual, el OPERA también debería haber detectado la radiación tipo Cherenkov. Sin embargo no la detectó.
    Obviamente no es una refutación (porque nada salvo explicar convincentemente el origen del error sistemático lo puede ser) pero sí le agrega una capa más de implausibilidad. Sí, no es un experimento nuevo que agregue más datos, pero sí es una aplicación de nuestro conocimiento teórico para ayudar a la interpretación de los resultados experimentales ya conocidos. Y con cálculos y predicciones, incluso.
    Mi pregunta es: antes de este paper, ¿se había pensado en la radiación tipo Cherenkov que deberían emitir los neutrinos de ser superlumínicos y se habían hecho los cálculos para hacer predicciones en base a ella? Si la respuesta es positiva, entonces sí, no aportaría demasiado; pero si no, entonces sí aporta algo a la mesa.

    1. Sí, Daneel, la radiación «tipo Cherenkov» ya había sido calculada para los neutrinos superlumínicos mucho antes del artículo de Cohen y Glashow. Por ejemplo en el artículo de E. Giannetto et al. «Are muon neutrinos faster-than-light particles,» Physics Letters A 178: 115-120, 1986.

      ¿1986? Sí, la idea de que los neutrinos muónicos (descubiertos a principios de los 1960) son superlumínicos es de 1968 y desde entonces ha habido múltiples evidencias experimentales al respecto (OPERA solo es la útima señal de algo ya anunciado… y que no es cierto, los neutrinos no son superlumínicos, hay demasiada evidencia en contra y muy poca a favor; lo sé, perdón, pero soy un pedante y estoy absolutamente seguro, con todas sus letras, que los neutrinos muónicos son sublumínicos).

      1. «estoy absolutamente seguro, con todas sus letras, que los neutrinos muónicos son sublumínicos»

        Yo no lo se, pero como veo que tu estas tan seguro, creo que podriamos apostar 1000 de cervezas a una.
        (Y te doy ventaja, que en realidad podrías apostar infinitas a una si estás tan absolutamente seguro. Suponiendo un Universo infinito, se han encontrado grandes nubes moleculares interestelares con relativamente alto contenido en etanol, pero posiblemente no tendrían las cualidades organolepticas precisas)
        🙂

        Pienso que el hecho de que OPERA confirme MINOS 2007 en similar rango y con mayor sigma da a la cuestión mas relevancia y diluye algo algunos posibles errores.

  5. Bien dicho Francis,
    a pesar de que muchos pensamos que es muy probable de que algo pudo ir mal con en el análisis de OPERA, ICARUS no refuta a OPERA!
    Además algo que no ha sido dicho en ningún lado es que la idea de Cohen-Glashow es para un modelo particular, no es una demostración general. Aunque no digo que esté mal ni que no se pueda extender, su análisis es aplicable sólo para un tipo particular de teorías. Por lo tanto, testear un resultado experimental sólo basado en un modelo me parece una aberración de ciencia.
    Gracias por darnos un artículo al cual hacer referencia dado los horrible títulares que aparecen desde ayer en este tema sobre ICARUS.
    Un abrazo

  6. Perdona, Javier, ¿te has leído el paper? ¿Seguro? Pues perdona pero no lo parece.

    >> a).- 15.000 eventos ( 3 años de medida).

    Las conclusiones del paper ponen que fueron «más o menos 16.000» y dentro del paper pone que fueron 16111, incluso aclara que se han medido de dos maneras 7586 + 8525 eventos.

    Algunas fuentes que no se han leído el paper afirman que fueron 15000, así que supongo Javier que no te has leído el paper sino dichas fuentes.

    >> b).- Error en la medida de la posición: 20 centimetros.

    ¿De qué posición estás hablando? En el paper hay muchas «posiciones» que podrían ser la posición.

    El error de 20 cm. está en la distancia entra el punto de referencia para la emisión y el punto de referencia para la detección.
    En concreto la distancia medida mediante GPS entre ambos puntos es de 730534.61 ± 0.20 metros.

    c).- Error en el tiempo de medida de la llegada: 10 nseg.

    Definitivamente no te has leído el paper técnico. Ese no es el error en el tiempo de llegada de los neutrinos. Lo siento.
    Los 10 ns son el error en el «Beam Current Transformer (BCT) detector (BFCTI400344)» que es uno de los componentes del error, pero no el error total, que se estima cercano a 20 ns.

    La próxima vez léete un poco mejor los papers que lees.

    Saludos

    Francis

    1. Perdona, Javier, tienes razón, he sido un poco «pijotero» (ayer tuve un día complicado por varios asuntos y he metido bastante la pata… no solo en este blog).

      >> Pero creo muy interesante la historia de las medidas directas (Directas) de las masas gravitatorias e inerciales de las partículas elementales.

      A ver si tengo tiempo y trato este tema… pero hay muy poco hecho al respecto (la gravedad es muy débil aplicada a una sola partícula elemental).

      Saludos,

      Francis.

  7. Perdona, Albert, pero sí es una chorrada. La velocidad de los muones está medida con gran precisión y se sabe que son sublumínicos (la masa de los muones se conoce con gran precisión 0.1134289256±0.0000000029 u (unidades de masa atómica), valor CODATA 2006 obtenido por MOHR 2008, fuente PDG) y la mejor manera de medir la masa es medir la relación entre energía y velocidad). En CNGS se desintegran, básicamente piones y kaones, que lo hacen en muones y neutrinos muónicos. Los muones están asociados a los neutrinos muónicos pero los muones no se desintegran en neutrinos.

    1. Cierto, Albert, “Por supuesto que los muones se desintegran en neutrinos muónicos.» Hoy tengo un día tonto… en CNGS se supone que los protones colisionan con átomos de carbono y producen mesones (piones y kaones) que se desintegran en muones y neutrinos muónicos. En los análisis que yo he visto no se tiene en cuenta los neutrinos muónicos que se generan por la desintegración de muones, de ahí mi error.

      Mañana espero que sea un día más acertado por mi parte. Saludos, Francis

  8. Sin embargo, sigo pensando que algo se les ha escapado en el método de sincronización del GPS. Me resultaría sorprendente que alguna de las ideas locas estuviera en lo cierto. Sin embargo, el resultado parece sólido. Espero que pronto se haga un experimento similar y veamos si se ve el mismo tipo de retraso del fotón. Que creo que es lo que hay que entender. No tanto que el neutrino sea «superluminal» sino por qué se retrasan los fotones. ¡Ésa es la clave para dar con la respuesta!

    Por otra parte, quiero mencionar algo. Los GPS son sistemas complicados. No comparto tu opinión exactamente. No dudo de que la gente que trabaje en ello sepa lo que hace. Pero hay mil y una razones posibles para que los que hayan hecho el calibrado hayan pasado algún detalle, corrección, … Hay presiones en los experimentos como en cualquier otra empresa. Además, desde el punto de vista humano, también me da que pensar por qué algunos no querían firmar el artículo o aparecer en la publicación de los resultados.

    Mientras no se descarten las explicaciones simples, y eso sólo puede hacerse mediante experimentos análogos a OPERA o por los mismos datos de OPERA, yo no me creo ninguna explicación loca. NI siquiera las suficientemente locas que puedan tener razón ( y eso que conozco unas cuantas más que incluso no están publicadas).

    ¿Sabéis si MINOS o T2K cuando retorne a su funcionamiento tras el terremoto tienen ya planes para hacer una medida tipo OPERA con su propio set-up?

    1. «¿Sabéis si MINOS o T2K cuando retorne a su funcionamiento tras el terremoto tienen ya planes para hacer una medida tipo OPERA con su propio set-up?»

      Fermilab-MINOS están ya en ello, según anunciaron en Septiembre. El enlace del Fermilab no lo encuentro.en este momento, pero dicen que en 4-6 meses se tendrán resultados con mayor precisión que Opera.

  9. Disculpen mi ignorancia en física de partículas y relatividad pero… ¿existe la posibilidad de que estos neutrinos muón pudiesen estar ingresando eventualmente en alguna clase de distorsión espacio temporal de origen cuántico a modo de atajo? lo comento porque su tamaño es colosalmente pequeño, del orden de un yoctómetro.

    1. Leo, algunos teóricos de cuerdas han considerado dicha posibilidad (atajos en las dimensiones extra del espaciotiempo predichas por la teoría de cuerdas), pero por ahora es solo una especulación científica.

      1. sobre la idea de neutrinos moviéndose en dimensiones extra para que se les observe como superluminicos, Gubser (distinguidísmo cuerdista de Princeton) demostró que esto hace que la teoría sea inestable (arXiv:1109.5687).

        EDIT: Steven S. Gubser, «Superluminal neutrinos and extra dimensions: constraints from the null energy condition,» ArXiv, 26 Sep 2011.

        Abstract: In light of the recent results from the OPERA collaboration, indicating that neutrinos can travel superluminally, I review a simple extra-dimensional strategy for accommodating such behavior; and I also explain why it is hard in this strategy to avoid violating the null energy condition somewhere in the extra dimensions.

    1. Juan, MINOS en 2007 también utilizó GPS, aunque con una técnica de sincronización de relojes diferente a la de OPERA.

      La repetición que comenta más abajo Fer137 (según la wikipedia) en 4 a 6 meses se refiere a repetir las medidas de 2007 con la misma configuración de entonces, pero con más datos. Ello mejorará algo la precisión de la medida respecto a 2007, pero no tanto como la medida de OPERA. En mi opinión, no soy experto, no será suficiente para aportar nada realmente nuevo.

      Para mejorar la medida de MINOS y hacerla comparable en precisión a la de OPERA hay que replantear bastantes cosas en el experimento realizado en MINOS y no creo que en menos de 2 años sean capaces de lograrlo. Experimentos como OPERA han requerido muchos años de trabajo y repetirlos no es fácil, por más que todo el mundo quiera repetirlos ahora. Lo intentarán, pero en mi opinión no se publicará nada interesante antes de 2013 (salvo que alguien tenga alguna idea feliz como la propuesta para medir la velocidad de los neutrinos en IceCube).

      La medida de la velocidad de los neutrinos en T2K es incluso más complicada aún, pues todavía no han realizado medidas de este tipo y no tienen la experiencia suficiente para preparar un experimento de este tipo en poco tiempo. No creo que en un par de años lo logren. Pero quien sabe… por supuesto, espero estar equivocado.

    1. Javier, perdona por ser «pijotero» (me ha gustado la palabra), pero no estoy de acuerdo con «Han estado 3 años intentando encontrar error sistemático.»

      Estaría de acuerdo con «han estado un año y pico intentando encontrar [un] error sistemático.» Han estado 3 años tomando datos (contando neutrinos) y mejoraron ciertos detalles del experimento el segundo año, reduciendo las incertidumbres experimentales en ciertos elementos; realmente fue tras el análisis de los datos del segundo año cuando empezaron a tomarse en serio el comportamiento superlumínico.

    2. No es un hueso duro de roer, se trata solamente de encontrar el error sistemático de un experimento de física de partículas complejo donde intervienen muchos cálculos que requieren una precisión extrema y donde cualquier imprecisión u omisión de algún factor puede dar cuenta de esa diferencia medida. Además las evidencias en contra se van acumulando de forma evidente: datos de supernovas, imposibilidad de que sean taquiones, el argumento de Cohen-Glashow, el argumento que te puse de Matt Strassler y otros más. Y además está la simetría Lorentz, que está en el corazón de la simetría y de la esencia del espacio-tiempo y de todas las teorías físicas que existen. Si te fijas la balanza está prácticamente rota… Tu que crees más probable sinceramente, que exista un error en un experimento complejo donde se pone al límite nuestra capacidad tecnológica y de cálculo, que está en conflicto con decenas de evidencias y con gran parte de nuestro edificio teórico avalado por miles de experimentos o que de verdad los neutrinos viajen más rápido que c?
      Supongo que no creer en la RG debido a prejuicios irracionales ajenos a la ciencia te incita instintivamente a negar cualquier evidencia en contra de OPERA, pero estarás de acuerdo en que esa actitud merma claramente la credibilidad de tus comentarios y algunas veces te llevarás alguna respuesta un poco brusca como ya te ha pasado.
      Los DATOS hablarán, esperaremos a los datos experimentales aunque creo que ningún físico (ni siquiera los de OPERA) se han creido nunca estos resultados.

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