INICIO

POR QUÉ LOS NEUTRINOS NO PUEDEN VIAJAR MÁS RÁPIDO QUE LA LUZ

17-10-2011

Como todo el mundo sabe el experimento OPERA que analiza ciertas características de los neutrinos

producidos en el LHC publicó hace 3 semanas la increíble noticia de que la velocidad medida de los

neutrinos sobrepasa en unos 60 nanosegundos la velocidad de la luz. A partir de esta noticia, multitud

de papers han sido publicados tratando de explicar este efecto o de encontrar algún error en el mismo.

En este artículo se describe un argumento basado en aspectos totalmente conocidos y demostrados de

la física actual y que demuestra que es imposible que los neutrinos viajen más rápido que c sin que

los electrones lo hagan también.

Antes de explicar este efecto hay que tener en cuenta dos cosas:

1º) El modelo estándar de la física de partículas establece un claro vínculo entre el comportamiento de

los 3 tipos de neutrinos (neutrino-electrón, neutrino-muón y neutrino-tau) y su asociado lepton cargado

(electrón, muón y tau).

2º) El modelo estándar establece que los 3 tipos de neutrinos viajan a la misma velocidad para una

energía dada. Esta información se ha obtenido en los experimentos destinados a medir la oscilación

de los neutrinos.

Figura 1: Una partícula W decae algunas veces en un anti-electrón y un neutrino-electrón.

Los neutrinos interaccionan a través de la fuerza débil. Es sabido desde hace décadas que el campo de

la partícula W y la propia W (una de las partículas que transmiten la fuerza débil) interacciona con los

electrones y con los neutrinos (en particular con el neutrino electrónico). Podemos observar los efectos

de esta interacción en muchas situaciones. La más obvia es la observación de la desintegración de la

partícula W+ en antielectrones (positrones) y neutrinos electrónicos. Otro efecto algo más sutil es la

perturbación en el campo del W (esta perturbación se conoce como "partículas virtuales") producida

por electrones y neutrinos electrónicos junto con sus antipartículas (esto se produce en la desintegración

de neutrones, muones, y muchos otros fenómenos). Todos estos procesos han sido estudiados en gran

detalle y son predichos con gran exactitud. En estos fenómenos el acuerdo entre la teoría electrodébil

y los experimentos es excepcional (ver figura 2) hasta el punto de que nadie puede discutir si las

ecuaciones de la teoría predicen los resultados experimentales con suficiente exactitud.

Figura 2: Medidas del experimento DZero (arriba) y CDF (abajo) en experimentos de las propiedades del

decaimiento de la partícula W. En ambos casos el acuerdo entre teoría (linea continua) y experimento

(linea de puntos) es excelente.

Debido a que las partículas W interaccionan (y se desintegran) con electrones y neutrinos un electrón

invierte parte de su tiempo produciendo una perturbación en el campo del W y en el campo del neutrino

electrónico (ver figura 3). Estas perturbaciones a menudo se llaman partículas virtuales, sin embargo, estas

no son partículas realmente (ver artículo Virtual Particles).

Figura 3: Un electrón, cuando viaja, puede llegar a ser una compleja combinación de perturbaciones de2 o más campos.

Ocasionalmente es una mezcla de perturbaciones en el campo del electrón y el fotón.Más raramente ocurre el caso que

nos ocupa: una perturbación del campo del W y del neutrino-electrón.

Esta interacción ocurre solo en ocasiones pero definitivamente ocurre, si no lo hiciera, varios procesos que

observamos en la naturaleza serían alterados de varias formas que nosotros habríamos detectado. Se conocen

muchos procesos que involucran estas interacciones: electrones y fotones interactuando, electrones perturbando

el campo electromagnético... Estos fenómenos han sido estudiados durante décadas y se conocen con absoluta

precisión los cálculos involucrados. Estamos hablando de un territorio excepcionalmente bien establecido dentro

de la física de partículas. Ahora, utilizando estas ecuaciones podemos preguntarnos: Si neutrinos de energía

comprendida entre 10 y 40 GeV (como los medidos por OPERA pudieran viajar 2 partes en 100.000 por

encima de la velocidad de la luz (como OPERA sugiere) ¿Como afectaría a la velocidad del electrón el hecho

de que el electrón invierta parte de su tiempo produciendo perturbaciones en los campos del W y de los

neutrinos?

Un cálculo aproximado nos muestra que debido a que este efecto es un fenómeno cuántico que involucra a la

fuerza nuclear débil, el efecto en los electrones sería del orden de 1000 veces menor, por lo que un electrón

con unas decenas de GeV de energía viajaría alrededor de 1 parte en 100 millones por encima de la velocidad

de la luz. Sin embargo, experimentos sobre la radiación Cerenkov con electrones descartan que a esa energía

un electrón pueda viajar por encima de c (a no ser que algún fenómeno desconocido evite la esperada radiación de

Cerenkov) con una precisión de más de 5 partes en 1000 billones es decir 5 partes en 1.000.000.000.000.000 .

Giudice, Sibiryakov y Strumia realizaron los correspondientes diagramas de Feynman y los correspondientes

cálculos y efectivamente encontraron que si los neutrinos viajaran a velocidades superlumínicas los electrones

también lo harían en una proporción que en ningún caso sería menor a una parte en mil millones(1 parte

en 1000.000.000), sin embargo, como hemos visto esto contradice los datos experimentales que afirman que

el electrón no puede superar c en más de 5 partes en 1000 billones..

Figura 4: Diagrama de Feynman correspondiente al proceso en el cual un electrón se convierte temporalmente en una

combinación de perturbaciones en el campo del W y del neutrino-electrón.

Por tanto existe una contradicción entre las implicaciones de los resultados de OPERA y los datos

experimentales.

Por esto, si el experimento de OPERA es correcto, observaríamos que algunos desconocidos efectos eliminarían

la radiación de Cerenkov y radiaciones similares (también sería necesario eliminar la radiación similar tipo

Cerenkov de emisión de pares electrón-positrón procedentes de los hipotéticos neutrinos superlumínicos).

Por último, señalar que se conocen algunas modificaciones de la relatividad que producirían la anulación de la

radiación de Cerenkov, sin embargo, estas modificaciones se encuentran fuertemente restringidas (al menos para

electrones) por los datos experimentales y predicen unos efectos para la velocidad de los neutrinos mucho

menores de los medidos por OPERA por lo que no explican por mucho los problemas que hemos presentado.

Este argumento, aunque más sutil, es incluso más fuerte que el presentado por Cohen-Glashow basado en la

emisión de una radiación similar a la Cerenkov y aunque no es una refutación definitiva de los datos de OPERA

representa una clara evidencia de que los resultados presentados por el experimento OPERA probablemente

incluyen algún tipo de error sistemático.

 

Fuentes: Another Speed Bump for Superluminal Neutrinos

 

ENVIA OPINIONES O COMENTARIOS SOBRE ESTE ARTÍCULO

Tu nombre:
Tu E-Mail: (opcional)
Pregunta antispam: ¿de que color es el caballo blanco de Santiago?
Mensaje:
Comentarios enviados:
Autor: IIII
10/17/2011
IIII
Autor: Javier
10/27/2011
Los neutrinos pueden ir por debajo de la velocidad de la luz, y por encima._______ El resto de partículas (O estructuras creadas con ellas, hadrones, átomos, moléculas, tu propia nariz, feldespato), no._________ Porque sus elementos básicos (Muon, Tau, electrón, Quarks arriba-abajo_encanto-extraño_cim_fondo),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, Tienen carga eléctrica.__________ Y una carga eléctrica, chaval, no puede ir en el vacío (Que sepamos a día de hoy, veremos en el futuro) mas rápido que los campos electromagnéticos que ella misma crea al moverse respecto a cualquier observador virtual (Por ejemplo, dentro de los átomos)._________ El neutrino, mejor dicho, los neutrinos (Del electrón, del Muon, del Tau), no tienen carga eléctrica, y ademas, son elementales (No como el neutrón, sin carga, pero en realidad compuesto de cargas, o un átomo neutro, sin carga neta, pero en realidad, con cargas en su micro-espacio).___________ Pueden ir a la velocidad que les de la gana.________ Pueden ir por debajo de la velocidad de la luz (NO son taquiones), y por encima,,,,,,,,, No obedecen a las leyes de Lorentz (Leyes de raiz electromagnetica).________ Eso si, nunca los podrás 'ver' en su viaje........ Es mas, te digo, feldespato (No voy a llamarte planck), que se debería poder hacer neutrinos, que lleguen no 60 nseg antes de lo esperado (Debes ser mas preciso, no debes poner "sobrepasa en unos 60 nanosegundos la velocidad de la luz.", una magnitud no puede sobrepasar a otra, no confundas la velocidad con el tocino, debes decir cuantas partes por millón la sobrepasó en este experimento, unas 24 ppm) sino mucho antes.__________ La clave es el principio de conservación del mometum, aplicable aunque sobrepase 'c', sin ecuaciones relativistas (Solo aplicables a partículas compuestas de algo mas que neutrinos).___________ Y NO hay 'tecnologia limite' en esto.______ 150 nseg es el tiempo de conversion A/D de un chip ya algo viejo que tengo en mi laboratorio, la famila C2000 de TExas Instruments.__ Miratelo:__ http://www.ti.com/product/tms320f28335 ____ Aunque se que no es tan fácil medir tiempo de vuelo de neutrinos, medir con resolución de 10 nseg, e incluso 1 picoseg, es tecnología 'normal'. Elemental, querido Watson.....
Autor: planck
10/27/2011
Amigo Troll (no te voy a llamar Javier que no me gusta, pues me gusta más Troll). Veo que no tienes ni idea de relatividad y por tanto tampoco de física (la relatividad es uno de los pilares de la física moderna).Deberías estudiarla (te recomiendo por ejemplo este enlace ) en lugar de estudiar la "teoría" luz-luz de Tom Wood :D La carga eléctrica no tiene nada que ver, la velocidad de la luz es una característica fundamental del espacio-tiempo es una consecuencia de una simetría fundamental del universo en el que habitamos igual que el hecho de que no pueden existir observadores privilegiados, todo observador medirá siempre la misma velocidad c. NADA puede ir más rápido que c, si esto fuera posible, entre otras muchas cosas se podrían mandar señales al pasado cosa que como entenderas no puede ocurrir. Lorentz estableció sus transformadas para "ajustar" ciertos fenómenos electromagnéticos con los datos experimentales, era solo un parche sin sustento teórico y sin ninguna explicación. Sin embargo Einstein DEDUJO y EXPLICÓ esas transformadas basándose en criterios de simetría FUNDAMENTALES. Sigues con tus perjuicios irracionales, lee el enlace que te puse, está muy bien, quizás puedas entenderlo y entonces hablar de ciencia.
Autor: Javier
10/28/2011
Feldespato (Si tuvieras cierta madurez, y no el infantilismo fanatismo-fraudulento-cuasi-religioso que tienes, usarías simplemente tu nombre sin necesidad de usar capas para ocultar tu inseguridad).____No sabes de lo que hablas.____La Relatividad se dedujo del electomagnetismo,._____ Los campos creados por una carga en movimiento cumplen con las ecuaciones de MAxwell, excepto los creados-recibidos por procesos cuanticos, en donde SI hay emision-recepcion de fotones separados de la fuente.____Estos procesos vienen regidos por la mecánica cuántica_____Pero los que no implican emisión-recepción de fotones, solo creación de campo que acompaña a la carga en su movimiento, existen DENTRO de las moléculas, dentro de los átomos, dentro de los núcleos, y hadrones, porque existe espacio en su interior y el principio de los observadores virtuales se aplica______No tienes ni idea de electromagnetismo, no debería ni contarte esto, tu egoísmo infantiloide sabe que te han 'tocado', y nunca lo vas a aceptar, una idea tan simple, y en 100 años nadie la ha apuntado.....___Te propongo un reto, calcula un campo electromagnético creado por una carga en movimiento a velocidad 'v' ,,,,,,,,Y trata de calcular su energía (La integral superficial de un plano infinito perpendicular a la trayectoria de la carga del vector de Pointing en todo el paso del campo) en función de v...y verás si te sale algo parecido a lo de 1/sqrt(1-(v/c)^2_______No se porque me molesto, eres un fanático capaz de borrar el elemental análisis que te he puesto sobre las 'news' del LHC, ya han empezado los 'liquidadores sionistas', tratar de hacernos creer que el pulso de neutrinos duraba 10.000 nseg, cuando la misma maquina LHC los esta creando cada 50 nseg para otro experimento...........¿Es que no te das cuenta de que hay que ser tonto para creerse eso?.____Anda, acepta el reto y calcula (Si sabes, que ya dudo ni que sepas que es un vector de Pointing, ni menos, una integral superficial)_____Se que la idea que te he contado es 'too easy to be true', pero es coherente, chaval, seguro que no es 100% correcta, pero es coherente._____Y los neutrinos, si han ido por encima de 'c', no es por ellos (Ellos pueden ir por encima y debajo), es por la fuente que los ha creado con esa velocidad, el nuevo experimento solo tiene que cambiar esa fuente, e 'irán mas bajo ' que 'c', y entonces dormirás tranquilo ¿No?,____¿Tu también disfrutaras, como Newton, destruyendo el corazón de tus oponentes, tan miserable serás?___Ten nobleza y calcula, feldespato____Firmado, Javier (Podría ponerme Schrodinger, o Leibnitz, u, pero mi ego no necesita tales tonterías)........calcula................................................
Autor: Javier
10/28/2011
"NADA puede ir más rápido que c, si esto fuera posible, entre otras muchas cosas se podrían mandar señales al pasado cosa que como entenderás no puede ocurrir".....En esto, feldespato (Desde el primer día que me des tu nombre, lo usare, punto), no me seas como los de 4-Milenio....Las invarianzas de Lorentz, salen de suponer que 'c' es constante para todo observador. Y es cierto, pues se 'observa' con luz. Se 'observa' con ojos, o lo que sea, capaz de 'responder ' a la luz, es decir, a campos EM...Los neutrinos son los únicos que no están ligados a esos campos.....Superar 'c' con particulas no ligadas a los campos EM no implica para nada que vayamos al pasado....Eso es una tontería Cuarto-Milenio Feldespato (No me gusta usar este nombre, me parece ofensivo, pero eres tu el que debes bajarte de tu podio y dar tu nombre, punto)........Javier.
Autor: planck
10/28/2011
Vamos a ver Troll voy a perder un rato más contigo intentando por última vez apelar al raciocinio del ser humano. Vamos por partes: 1º) Me he puesto el nick de "planck" como podia haber puesto "abedul", "paco" o "boniato", simplemente consideré que como uno de los temas importantes a tratar en el blog es la mc pues se me ocurrió "planck". Si tu ves en esto aires de grandeza, infantilismo, fanatismo religioso o no se que más chifladuras deberías hecertelo mirar por un profesional. 2º) En el experimento OPERA se usaron pulsos largos de 10000 ns y el motivo está bien explicado en mi post "La inminente confirmación refutación de los neutrinos superlumínicos" aprende a leer, eso es básico. Te lo explico: usando pulsos más pequeños el rendimiento del principal experimento de OPERA que es estudiar la oscilación de los neutrinos (el objetivo no era evidentemente detectar neutrinos superlumínicos) sería mucho menor por eso usaron pulsos más largos. Aprende a leer antes de despotricar pequeño "crackpot" 3º) Los gravitones tampoco tienen carga eléctrica y viajan a c ¿o es que la gravedad es instantánea? 4º)Si supieras lo que son los diagramas de espacio-tiempo de Minkowski sabrías que el "cono de luz" de un evento determina la causalidad, si se pudiera viajar v>c el futuro de un evento podría influir en el pasado esto no es de 4 milenio ES LA REALIDAD pequeño ignorante. 5º) En esta humilde página se deben respetar las mínimas normas de cualquier foro: Respeto hacia todas las personas (tambien e incluso más si son celebridades del conocimiento científico), no emitir comentarios racistas ni de políticas extremas y no escribir insultos ni frases de excesivo mal gusto. De ahora en adelante cualquier comentario que no cumpla estas normas básicas será borrado. El tono de esta conversación (por parte de ambos) no cumple estas normas por lo que no admitiré ningún comentario más en este estilo Un saludo
Autor: Pato
5/1/2012
Con fecha 16 de noviembre de 2011, tu hermoso argumento se ha ido al cubo de la basura. El segundo experimento del CERN ha demostrado que los neutrinos SÍ pueden ir más rápido que la luz. Y aquí una conseja: no se puede explicar un fenómeno nuevo con teoría vieja, primero hay que modificar la teoría. Punto y final. http://www.hablandodeciencia.com/articulos/2011/11/19/el-experimento-con-neutrinos-redescubre-que-van-mas-rapido-que-la-luz-sa/
Autor: planck
6/1/2012
Te equivocas pato, el segundo experimento del CERN lo que ha demostrado es que el error sistemático del equipo de OPERA no se debe a la duración del pulso de neutrinos. Puedes ver más detalles en esta misma página en OPERA: ¿Y AHORA QUE? Respecto a la "conseja" esa teoría vieja es uno de los principales pilares de toda la física y avalada por miles de experimentos por lo que antes de modificarla hay que verificar que el fenómeno en cuestión es real fuera de toda duda cosa que no creo que vaya a suceder.