Demasiado r¨¢pidos esos neutrinos

?El universo est¨¢ llen¨ªsimo de neutrinos: miles de millones de ellos atraviesan cada segundo cada cent¨ªmetro cuadrado del planeta, de cada persona, del agua, del papel de este peri¨®dico (o esta pantalla de ordenador)... Estas part¨ªculas elementales se producen, por ejemplo, en el interior de las estrellas por el simple hecho de lucir, o en las centrales nucleares; no tiene carga el¨¦ctrica ni apenas masa y atraviesan todo tipo de materia sin hacerse notar porque pr¨¢cticamente no interaccionan con nada. Hay detectores para cazarlas tan ex¨®ticos como el IceCube, en el hielo del mism¨ªsimo Polo Sur, para buscar nuevas fuentes de neutrinos en el cielo. Desde que se propuso su existencia, hace 80 a?os, atraen un enorme inter¨¦s entre los cient¨ªficos por sus peculiares caracter¨ªsticas y, ahora mismo, porque apuntan hacia horizontes inexplorados de la f¨ªsica. Pero hace tres meses casi les dan un buen susto, cuando los especialistas de un extra?o experimento anunciaron que, seg¨²n sus medidas, los neutrinos viajan m¨¢s r¨¢pido que la luz, violando el l¨ªmite de velocidad establecido en la Teor¨ªa de la Relatividad Especial de Einstein. Ese l¨ªmite m¨¢ximo de velocidad de propagaci¨®n de interacciones, como dicen los f¨ªsicos, est¨¢ en el coraz¨®n mismo de dicha teor¨ªa.

¡°Miles de experimentos han confirmado a lo largo de los a?os, una y otra vez, que la Relatividad es correcta, nunca se ha visto algo como esto¡±, comentaba esta semana el estadounidense David Gross, Premio Nobel de F¨ªsica (2004), en la conferencia inaugural del Instituto de F¨ªsica Te¨®rica (UAM-CSIC), en Madrid. Como ¨¦l, la opini¨®n pr¨¢cticamente un¨¢nime entre los expertos es que algo falla en ese experimento, denominado Opera. ¡°Tiene que estar mal, no puedo imagin¨¢rmelo, no lo acepto¡±, a?ad¨ªa m¨¢s tajante su colega Martinus Veltman, tambi¨¦n Premio Nobel (1999).

En los tres meses transcurridos desde el anuncio de los neutrinos supuestamente superlum¨ªnicos (desencadenando lo que otro Nobel, Sheldon Lee Glashow, llama Odisea de Opera), no solo no se ha encontrado el fallo, sino que los cient¨ªficos han mejorado notablemente par¨¢metros del experimento y les sigue saliendo lo mismo. Pero la sospecha inicial de que algo est¨¢ mal no se debilita, sino que se refuerza.

La teor¨ªa de Einstein establece el l¨ªmite de la velocidad de la luz

¡°Si fuera correcto, si fuera verdad que los neutrinos son m¨¢s r¨¢pidos que la luz, ser¨ªa como quitar un ladrillo de la base de un edificio, del edificio de la f¨ªsica, y entonces se desmorona entero¡±, apunta Antonio Gonz¨¢lez Arroyo, catedr¨¢tico de la Universidad Aut¨®noma de Madrid (UAM). ¡°Puedes quitar un ladrillo de la parte superior y entonces haces ajustes pero el edificio se sostiene, mientras que si es de la parte de abajo... tienes que replante¨¢rtelo todo¡±.

Opera, cerca de Roma, mide los neutrinos que se lanzan desde el Laboratorio Europeo de F¨ªsica de Part¨ªculas (CERN), junto a Ginebra, a 730 kil¨®metros de distancia y que atraviesan limpiamente la corteza terrestre (como estas part¨ªculas apenas interaccionan con otras, no hay quien las pare). Lo sorprendente es que, seg¨²n los datos presentados a finales de septiembre, los neutrinos tardan en cubrir esos 730 kil¨®metros menos de lo que tardar¨ªan los fotones de luz. Sin embargo, la Teor¨ªa de la Relatividad Especial de Einstein establece que la velocidad de la luz en el vac¨ªo es el l¨ªmite m¨¢ximo de velocidad en el universo. Por eso dice Gonz¨¢lez Arroyo que supondr¨ªa quitar un ladrillo de la base del edificio de la f¨ªsica. ¡°Va contra todo lo que conozco en f¨ªsica¡±, dice Veltman. ¡°Y no s¨¦, la verdad, si la Relatividad tendr¨ªa arreglo¡±. Tampoco Gross sabe si sobrevivir¨ªa la teor¨ªa especial de Einstein: ¡°Pero no me estoy dedicando a algo que probablemente est¨¢ mal¡±.

El detector de part¨ªculas IceCube est¨¢ en el hielo del mismo Polo Sur

Los f¨ªsicos de la conferencia del IFT consultados se manifiestan en la misma l¨ªnea de incredulidad, porque no es que sea algo nuevo no sospechado antes ¡ªlo que podr¨ªa ser un aut¨¦ntico descubrimiento¡ª, es que contradice lo demostrado con ¨¦xito en miles de pruebas experimentales de la Relatividad Especial, es incluso otras medidas de velocidad de neutrinos con mayor precisi¨®n. Como dice el catedr¨¢tico de la UAM Enrique ?lvarez, ¡°si fuera verdad ser¨ªa muy dif¨ªcil de entender, habr¨ªa que pararse a pensar todo desde el principio y har¨ªa falta un nuevo Einstein audaz para solucionarlo¡±. En cuanto a la posibilidad de hacer viajes en el tiempo, si los neutrinos violasen la Relatividad Especial, Gross la despacha r¨¢pidamente: ¡°Ni siquiera hay que recurrir a eso, basta con la paradoja de que si uno viajase al pasado y matase a su madre de ni?a no nacer¨ªa, no llegar¨ªa a existir para poder viajar al pasado y matar a su madre...¡±.

En los tres meses desde este anuncio de Opera se han propuesto muchos art¨ªculos cient¨ªficos al respecto, pero a Gross no le impresiona: ¡°Lo que hace falta es uno bueno que lo explique¡±, dice. Tanto ¨¦l como su colega Veltman recuerdan que se escribieron miles de art¨ªculos sobre la fusi¨®n fr¨ªa, anunciada en 1989, que result¨® ser incorrecta.

De momento queda todo en suspenso hasta que otros dos experimentos (en EE UU y en Jap¨®n) repitan las pruebas de Opera y se vea si el efecto superlum¨ªnico se confirma o, como piensa la mayor¨ªa, se descarta. Tanta incredulidad se manifiesta en los supuestos neutrinos superlum¨ªnicos. Gonz¨¢lez Arroyo se ve en la obligaci¨®n de puntualizar: ¡°No es que a los f¨ªsicos nos desagrade lo imprevisto, al contrario: una cosa inesperada es como una puertecita que te da acceso a un coche que quieres inspeccionar por dentro y al que antes no sab¨ªas entrar. Pero esto de Opera no creo que sea ninguna puerta¡±.

¡°Las medidas de Opera contradicen todo lo que s¨¦ de f¨ªsica¡±, dice Veltman

Los neutrinos se estudian con enorme inter¨¦s porque se sospecha que pueden ser una de esas puertas a lo hasta ahora inaccesible. De hecho, el ¨²ltimo resultado de Opera es colateral, porque lo que est¨¢ investigando el experimento (y otros en EE UU y en Jap¨®n) es una extra?a propiedad de los neutrinos denominada oscilaci¨®n. Hay tres tipos de estas part¨ªculas, y la oscilaci¨®n es un fen¨®meno cu¨¢ntico por el que, al recorrer largas distancias, los de un tipo de convierten en otro tipo y adquieren masa, aunque sea muy ligera.

¡°La masa de los neutrinos indica que hay una nueva f¨ªsica m¨¢s all¨¢ del Modelo Est¨¢ndar, m¨¢s all¨¢ de la f¨ªsica que ya conocemos, y medirla y verificar qu¨¦ tipo de masa es muy interesante¡±, apunta la catedr¨¢tica Bel¨¦n Gavela. Pone otro ejemplo importante del alcance que tienen estas part¨ªculas en la frontera de la f¨ªsica: ¡°Con unos experimentos de oscilaciones de neutrinos probablemente estamos a punto de descubrir algo que se llama violaci¨®n de carga y paridad (CP), que es un ingrediente para explicar por qu¨¦ el universo que vemos est¨¢ hecho de materia y no de antimateria¡±.

¡°Ser¨ªa como quitar un ladrillo de la base del edificio¡±, aclara un cient¨ªfico

Tambi¨¦n los cosm¨®logos y los astrof¨ªsicos est¨¢n enormemente interesados en los neutrinos. ¡°Emiten neutrinos todas las estrellas que lucen y todas las explosiones de supernova... y puede que sean parte de la materia oscura caliente del universo¡±, se?ala, como un par de ejemplos, Juan Garc¨ªa-Bellido, otro de los participantes en la conferencia del IFT. ¡°Los neutrinos que se emitieron un segundo despu¨¦s del Big Bang, lo que se llama el fondo c¨®smico de estas part¨ªculas, permean ahora todo el cosmos con una densidad de unos 400 neutrinos por cent¨ªmetro cubico¡±, a?ade.

Gross, en su charla, apunt¨® varias cuestiones abiertas de la f¨ªsica de frontera, m¨¢s all¨¢ de la part¨ªcula de Higgs que tanto inter¨¦s ha suscitado esta semana por los indicios de su existencia anunciados en el CERN. Entre varios misterios pendientes de respuesta y varias hip¨®tesis y escenarios propuestos para abordarlos, destac¨® la masa de los neutrinos junto con inc¨®gnitas fascinantes, como la materia oscura o la aceleraci¨®n de la expansi¨®n del universo. Lo de ir m¨¢s all¨¢ de la f¨ªsica conocida, del llamado Modelo Est¨¢ndar, no debe sorprender: al fin y al cabo, lo que Albert Einstein hizo con la gravitaci¨®n fue ir m¨¢s all¨¢ de Isaac Newton.

Opera, experimento muy complejo

En el experimento Opera, la medida de la velocidad de los neutrinos requiere medir con mucha precisi¨®n tanto la distancia recorrida entre el CERN [de donde parte el haz de esas part¨ªculas], y el Laboratorio de Gran Sasso [en Italia, bajo los Apeninos] sonde est¨¢ situado el detector, como el tiempo empleado en ello¡±, explican Jos¨¦ Mar¨ªa Hern¨¢ndez Calama y Pablo Garc¨ªa Abia, investigadores del Ciemat y miembros del equipo CMS del acelerador LHC, en el CERN. ¡°Se utilizan complejos sistemas GPS que permiten medir con una precisi¨®n de 20 cent¨ªmetros y 8 nanosegundos (8 milmillon¨¦simas de segundo) la distancia (aproximadamente 730 km) y el tiempo de vuelo (unos 2.5 milisegundos) respectivamente¡±, contin¨²an estos f¨ªsicos experimentales.

Es un experimento dif¨ªcil, a?aden: ¡°Los sistemas electr¨®nicos que miden el tiempo de salida de los neutrinos desde el CERN y el tiempo de detecci¨®n en Opera, as¨ª como la sincronizaci¨®n de los sistemas GPS, introducen un retraso en la medida del tiempo de vuelo del orden de mil nanosegundos, tiempo que es necesario calibrar y corregir. El control de estos efectos (llamados sistem¨¢ticos) con una precisi¨®n significativamente mejor que el efecto que se mide (un adelanto de unos 60 nanosegundos respecto al tiempo que tardar¨ªa la luz en recorrer la distancia CERN-Opera) es una tarea muy complicada¡±.

Este detector del laboratorio italiano de Gran Sasso est¨¢ dise?ado para registrar las se?ales de neutrinos de tipo Tau, que se originan por la llamada oscilaci¨®n (fen¨®meno cu¨¢ntico por la que los neutrinos de un tipo se convierten en otro tipo al recorrer largas distancias) a partir del haz de protones que se generan en el sistema de aceleradores del Cern. La medida de la velocidad de los neutrinos que ha armado tanto revuelo no era la idea original de Opera, pero los resultados obtenidos levantaron revuelo inter nacional.

¡°Vista la trascendencia de las conclusiones del experimento, es necesario esperar a los resultados de la medida de la velocidad de los neutrinos por otros experimentos, como T2K [en Jap¨®n] o Mienos [en EE UU], que arrojar¨¢n luz a la interpretaci¨®n de las medidas de OPERA¡±, concluyen Hern¨¢ndez Calama y Garc¨ªa Abia.