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2011 OPERA anomalía de neutrinos más rápidos que la luz

Fig. 1 Más rápido que los neutrinos ligeros. Lo que vio la ÓPERA. En el extremo izquierdo está el haz de protones del acelerador SPS del CERN. Pasa el transformador de corriente del haz (BCT), alcanza el objetivo, creando primero piones y luego, en algún lugar del túnel de desintegración, neutrinos. Las líneas rojas son el haz de Neutrinos del CERN a Gran Sasso (CNGS) hasta el laboratorio LNGS donde se encuentra el detector OPERA. El haz de protones está sincronizado en el BCT. La forma de onda izquierda es la distribución medida de protones, y la derecha la de los neutrinos OPERA detectados. El cambio es el tiempo de viaje del neutrino. La distancia recorrida es de aproximadamente 731 km. En la parte superior están los satélites GPS que proporcionan un reloj común a ambos sitios, lo que hace posible la comparación horaria. Sólo el receptor GPS PolaRx está en la superficie y los cables de fibra llevan la hora bajo tierra.
Fig. 1 Lo que vio OPERA . En el extremo izquierdo está el haz de protones del acelerador SPS del CERN . Pasa por el transformador de corriente del haz (BCT), alcanza el objetivo, creando primero piones y luego, en algún lugar del túnel de desintegración, neutrinos . Las líneas rojas son el haz de Neutrinos del CERN a Gran Sasso (CNGS) hasta el laboratorio LNGS donde se encuentra el detector OPERA. El haz de protones está sincronizado en el BCT. La forma de onda izquierda es la distribución medida de protones, y la derecha la de los neutrinos OPERA detectados. El cambio es el tiempo de viaje del neutrino. La distancia recorrida es de aproximadamente 731 km. En la parte superior están los satélites GPS que proporcionan un reloj común a ambos sitios, lo que hace posible la comparación horaria. Sólo el receptor GPS PolaRx está en la superficie y los cables de fibra llevan la hora bajo tierra.

En 2011, el experimento del Proyecto de Oscilación con Aparato de Rastreo de Emulsiones ( OPERA ) observó erróneamente que los neutrinos parecían viajar más rápido que la luz . Incluso antes de que se descubriera la fuente del error, el resultado se consideraba anómalo porque generalmente se piensa que velocidades superiores a la de la luz en el vacío violan la relatividad especial, una piedra angular de la comprensión moderna de la física durante más de un siglo. [1] [2]

El 8 de junio de 2012, después de más investigaciones y análisis, el director de investigación del CERN, Sergio Bertolucci, declaró que la velocidad de los neutrinos es consistente con la de la luz. El comunicado de prensa, elaborado desde la 25ª Conferencia Internacional sobre Física y Astrofísica de Neutrinos en Kioto, afirma que los resultados originales de OPERA eran erróneos debido a fallos en los equipos. [3]

El 12 de julio de 2012, OPERA actualizó su artículo incluyendo nuevas fuentes de errores en sus cálculos. Encontraron una concordancia entre la velocidad de los neutrinos y la velocidad de la luz. [4]

Detección

El experimento creó una forma de neutrinos, los neutrinos muónicos , en el antiguo acelerador SPS del CERN , en la frontera franco-suiza, y los detectó en el laboratorio LNGS en Gran Sasso, Italia. Los investigadores de OPERA utilizaron GPS de vista común , derivado del GPS estándar, para medir los momentos y las coordenadas de lugar en las que se crearon y detectaron los neutrinos. Según los cálculos, el tiempo medio de vuelo de los neutrinos resultó ser menor que el que necesitaría la luz para recorrer la misma distancia en el vacío. En un lapso de dos semanas hasta el 6 de noviembre , el equipo OPERA repitió la medición con una forma diferente de generar neutrinos, lo que ayudó a medir el tiempo de viaje de cada neutrino detectado por separado. Esto eliminó algunos posibles errores relacionados con la comparación de los neutrinos detectados con su momento de creación. [5] La colaboración OPERA declaró en su comunicado de prensa inicial que era necesario un mayor escrutinio y pruebas independientes para confirmar o refutar definitivamente los resultados. [3]

Primeros resultados

En un análisis de sus datos realizado en marzo de 2011 , los científicos de la colaboración OPERA informaron evidencia de que los neutrinos que produjeron en el CERN en Ginebra y registraron en el detector OPERA en Gran Sasso, Italia, habían viajado más rápido que la luz. Se calculó que los neutrinos llegaron aproximadamente 60,7 nanosegundos (60,7 milmillonésimas de segundo) antes de lo que lo habría hecho la luz si hubiera recorrido la misma distancia en el vacío. Después de seis meses de comprobaciones cruzadas, el 23 de septiembre de 2011 , los investigadores anunciaron que se habían observado neutrinos viajando a una velocidad superior a la de la luz. [6] Se obtuvieron resultados similares utilizando neutrinos de mayor energía (28 GeV), que se observaron para comprobar si la velocidad de los neutrinos dependía de su energía. Se midió que las partículas llegaban al detector más rápido que la luz en aproximadamente una parte por 40.000, con una probabilidad de 0,2 entre un millón de que el resultado fuera un falso positivo, suponiendo que el error se debiera enteramente a efectos aleatorios ( significación de Six Sigma). [ ancla rota ] ). Esta medida incluía estimaciones tanto de los errores de medición como de los errores del procedimiento estadístico utilizado. Sin embargo, se trataba de una medida de precisión, no de exactitud , que podía verse influida por elementos como cálculos incorrectos o lecturas erróneas de los instrumentos. [7] [8] Para experimentos de física de partículas que involucran datos de colisiones, el estándar para un anuncio de descubrimiento es un límite de error de cinco sigma, más flexible que el límite de seis sigma observado. [9]

La preimpresión de la investigación afirmaba que "la desviación [observada] de la velocidad del neutrino con respecto a c (la velocidad de la luz en el vacío) sería un resultado sorprendente que apuntaría a una nueva física en el sector de los neutrinos" y se refería al "tiempo de llegada anticipada del CNGS neutrinos muónicos" como una "anomalía". [10] El portavoz de OPERA, Antonio Ereditato, explicó que el equipo de OPERA "no ha encontrado ningún efecto instrumental que pueda explicar el resultado de la medición". [3] James Gillies, portavoz del CERN, dijo el 22 de septiembre que los científicos estaban "invitando a la comunidad física en general a observar lo que [habían] hecho y realmente examinarlo con gran detalle, e idealmente para alguien en otra parte del mundo". repetir las mediciones". [11]

Replicación interna

Fig. 2 Análisis de la replicación interna. Distribución de los valores de llegada temprana para cada neutrino detectado con repetición del haz agrupado. El valor medio está indicado por la línea roja y la banda azul.
Fig. 2 Análisis de la replicación interna en noviembre. Distribución de los valores de llegada temprana para cada neutrino detectado con repetición del haz agrupado. El valor medio está indicado por la línea roja y la banda azul.

En noviembre, OPERA publicó resultados refinados en los que señalaron que sus posibilidades de equivocarse eran aún menores, ajustando así sus límites de error. Los neutrinos llegaron aproximadamente 57,8 ns antes que si hubieran viajado a la velocidad de la luz, lo que da una diferencia de velocidad relativa de aproximadamente una parte por 42.000 con respecto a la de la luz. El nuevo nivel de significancia pasó a ser 6,2 sigma. [12] La colaboración envió sus resultados para su publicación revisada por pares al Journal of High Energy Physics . [13] [14]

En el mismo artículo, la colaboración OPERA también publicó los resultados de un experimento repetido que se llevó a cabo del 21 de octubre de 2011 al 7 de noviembre de 2011 . Detectaron veinte neutrinos, lo que indica consistentemente una llegada temprana de neutrinos de aproximadamente 62,1 ns, de acuerdo con el resultado del análisis principal. [15]

Errores de medición

En febrero de 2012, la colaboración OPERA anunció dos posibles fuentes de error que podrían haber influido significativamente en los resultados. [3]

En marzo de 2012 se celebró un seminario sobre GNL , en el que se confirmó que el cable de fibra no estaba completamente atornillado durante la recopilación de datos. [19] Los investigadores de LVD compararon los datos de tiempo de los muones cósmicos de alta energía que impactaron tanto en OPERA como en el detector LVD cercano entre 2007 y 2008, 2008-2011 y 2011-2012. El cambio obtenido para el período 2008-2011 coincidió con la anomalía de OPERA. [20] Los investigadores también encontraron fotografías que mostraban que el cable se había soltado el 13 de octubre de 2011. [21]

Al corregir las dos fuentes de error recientemente encontradas, los resultados para la velocidad de los neutrinos parecen ser consistentes con la velocidad de la luz. [19]

Resultados finales

El 12 de julio de 2012, la colaboración OPERA publicó los resultados finales de sus mediciones realizadas entre 2009 y 2011. La diferencia entre el tiempo de llegada medido y esperado de los neutrinos (en comparación con la velocidad de la luz) fue de aproximadamente 6,5 ± 15 ns . Esto es consistente con ninguna diferencia en absoluto, por lo que la velocidad de los neutrinos es consistente con la velocidad de la luz dentro del margen de error. Además, el nuevo análisis de la repetición del haz agrupado de 2011 arrojó un resultado similar. [4]

Replicación independiente

En marzo de 2012, el experimento ICARUS, ubicado en el mismo lugar , refutó los resultados de OPERA midiendo que la velocidad del neutrino era la de la luz. [22] ICARUS midió la velocidad de siete neutrinos en el mismo haz de pulso corto que OPERA había verificado en noviembre de 2011 y encontró que, en promedio, viajaban a la velocidad de la luz. Los resultados provienen de una prueba de mediciones de la velocidad de los neutrinos programada para mayo. [23]

En mayo de 2012, el CERN inició una nueva repetición de haces agrupados. Luego, en junio de 2012, el CERN anunció que los cuatro experimentos del Gran Sasso OPERA, ICARUS, LVD y BOREXINO midieron velocidades de neutrinos consistentes con la velocidad de la luz, lo que indica que el resultado inicial de OPERA se debió a errores del equipo. [3]

Además, Fermilab afirmó que se estaban actualizando los detectores del proyecto MINOS. [24] Los científicos del Fermilab analizaron de cerca y pusieron límites a los errores en su sistema de cronometraje. [25] El 8 de junio de 2012, MINOS anunció que, según resultados preliminares, la velocidad del neutrino es consistente con la velocidad de la luz. [26]

La medida

El experimento OPERA fue diseñado para capturar cómo los neutrinos cambian entre diferentes identidades, pero Autiero se dio cuenta de que el equipo también podría usarse para medir con precisión la velocidad de los neutrinos. [27] Un resultado anterior del experimento MINOS en Fermilab demostró que la medición era técnicamente factible. [28] El principio del experimento de velocidad de neutrinos de OPERA fue comparar el tiempo de viaje de los neutrinos con el tiempo de viaje de la luz. Los neutrinos del experimento emergieron del CERN y volaron hasta el detector OPERA. Los investigadores dividieron esta distancia por la velocidad de la luz en el vacío para predecir cuál debería ser el tiempo de viaje del neutrino. Compararon este valor esperado con el tiempo de viaje medido. [29]

Descripción general

Para la medición, el equipo de OPERA utilizó un haz de neutrinos ya existente que viaja continuamente desde el CERN al LNGS, el haz de Neutrinos del CERN al Gran Sasso. Medir la velocidad significaba medir la distancia recorrida por los neutrinos desde su fuente hasta el lugar donde fueron detectados, y el tiempo que tardaron en recorrer esa distancia. La fuente del CERN estaba a más de 730 kilómetros (450 millas) del detector de LNGS (Gran Sasso). El experimento fue complicado porque no había forma de cronometrar un neutrino individual, lo que requirió pasos más complejos. Como se muestra en la Fig. 1, el CERN genera neutrinos golpeando protones, en pulsos de 10,5  microsegundos (10,5 millonésimas de segundo), contra un objetivo de grafito para producir partículas intermedias, que se desintegran en neutrinos. Los investigadores de OPERA midieron los protones cuando pasaban por una sección llamada transductor de corriente del haz (BCT) y tomaron la posición del transductor como punto de partida de los neutrinos. En realidad, los protones no crearon neutrinos hasta un kilómetro más tarde, pero como tanto los protones como las partículas intermedias se movían casi a la velocidad de la luz , el error de la suposición era aceptablemente bajo.

Los relojes del CERN y del LNGS tenían que estar sincronizados, y para ello los investigadores utilizaron receptores GPS de alta calidad, respaldados por relojes atómicos, en ambos lugares. Este sistema marcó la hora tanto del pulso de protones como de los neutrinos detectados con una precisión afirmada de 2,3 nanosegundos. Pero la marca de tiempo no se podía leer como un reloj. En el CERN, la señal GPS llegaba únicamente a un receptor en una sala de control central y tenía que ser enrutada con cables y componentes electrónicos al ordenador de la sala de control del haz de neutrinos que registraba la medición del pulso de protones (Fig. 3). El retraso de este equipo fue de 10.085 nanosegundos y este valor hubo que sumarlo a la marca de tiempo. Los datos del transductor llegaron a la computadora con un retraso de 580 nanosegundos, y este valor tuvo que restarse de la marca de tiempo. Para realizar todas las correcciones correctamente, los físicos tuvieron que medir las longitudes exactas de los cables y las latencias de los dispositivos electrónicos. En el lado del detector, los neutrinos fueron detectados por la carga que inducían, no por la luz que generaban, y esto involucraba cables y componentes electrónicos como parte de la cadena de sincronización. La Fig. 4 muestra las correcciones aplicadas en el lado del detector OPERA.

Dado que los neutrinos no podían rastrearse con precisión hasta los protones específicos que los producían, se tuvo que utilizar un método de promediación. Los investigadores sumaron los pulsos de protones medidos para obtener una distribución promedio en el tiempo de los protones individuales en un pulso. Se trazó el momento en que se detectaron neutrinos en Gran Sasso para producir otra distribución. Se esperaba que las dos distribuciones tuvieran formas similares, pero estuvieran separadas por 2,4  milisegundos , el tiempo que se tarda en recorrer la distancia a la velocidad de la luz. Los experimentadores utilizaron un algoritmo, de máxima verosimilitud , para buscar el cambio de tiempo que mejor hacía coincidir las dos distribuciones. El cambio así calculado, el tiempo de llegada de los neutrinos medido estadísticamente, fue aproximadamente 60 nanosegundos más corto que los 2,4 milisegundos que habrían tardado los neutrinos si hubieran viajado sólo a la velocidad de la luz. En un experimento posterior, el ancho del pulso de protones se redujo a 3 nanosegundos, lo que ayudó a los científicos a reducir el tiempo de generación de cada neutrino detectado a ese rango. [30]

Distancia de medición

La distancia se midió fijando con precisión los puntos fuente y detector en un sistema de coordenadas global ( ETRF2000 ). Los topógrafos del CERN utilizaron GPS para medir la ubicación de la fuente. En lo que respecta al detector, el equipo de OPERA trabajó con un grupo de geodesia de la Universidad Sapienza de Roma para localizar el centro del detector con GPS y técnicas estándar de creación de mapas. Para vincular la ubicación GPS de superficie con las coordenadas del detector subterráneo, fue necesario detener parcialmente el tráfico en la carretera de acceso al laboratorio. Combinando las dos mediciones de ubicación, los investigadores calcularon la distancia [31] con una precisión de 20 cm dentro del recorrido de 730 km. [32]

Medir el tiempo de viaje

Sistemas de cronometraje en los dos extremos del experimento OPERA

El tiempo de viaje de los neutrinos tuvo que medirse rastreando el momento en que se crearon y el momento en que fueron detectados, y utilizando un reloj común para garantizar que los tiempos estuvieran sincronizados. Como muestra la figura 1, el sistema de medición del tiempo incluía la fuente de neutrinos del CERN, el detector del LNGS (Gran Sasso) y un elemento satelital común a ambos. El reloj común era la señal horaria de múltiples satélites GPS visibles tanto desde el CERN como desde el LNGS. Los ingenieros del departamento de haces del CERN trabajaron con el equipo de OPERA para proporcionar una medición del tiempo de viaje entre la fuente en el CERN y un punto justo antes de la electrónica del detector de OPERA, utilizando receptores GPS precisos. Esto incluyó cronometrar las interacciones de los haces de protones en el CERN y cronometrar la creación de partículas intermedias que eventualmente se descomponen en neutrinos (ver Fig. 3).

Los investigadores de OPERA midieron los retrasos y calibraciones restantes no incluidos en el cálculo del CERN: los que se muestran en la Fig. 4. Los neutrinos fueron detectados en un laboratorio subterráneo, pero el reloj común de los satélites GPS sólo era visible sobre el nivel del suelo. El valor del reloj registrado en la superficie debía transmitirse al detector subterráneo mediante un cable de fibra óptica de 8 km. Los retrasos asociados con esta transferencia de tiempo tuvieron que tenerse en cuenta en el cálculo. Cuánto podía variar el error (la desviación estándar de los errores) era importante para el análisis y debía calcularse para cada parte de la cadena de distribución por separado. Se utilizaron técnicas especiales para medir la longitud de la fibra y su consiguiente retraso, necesarios como parte del cálculo general. [31]

Además, para mejorar la resolución del GPS estándar de 100 nanosegundos al rango de 1 nanosegundo que logran los laboratorios de metrología , los investigadores de OPERA utilizaron el preciso receptor de temporización GPS PolaRx2eTR de Septentrio , [33] junto con comprobaciones de coherencia entre relojes (procedimientos de calibración de tiempo) que permitieron ver transferencia de tiempo . El PolaRx2eTR permitió medir el desfase temporal entre un reloj atómico y cada uno de los relojes satelitales del Sistema Global de Navegación por Satélite . Para la calibración, el equipo fue llevado al Instituto Suizo de Metrología (METAS). [31] Además, se instalaron relojes de cesio altamente estables tanto en el LNGS como en el CERN para verificar la sincronización del GPS y aumentar su precisión. Después de que OPERA encontró el resultado superluminal , un ingeniero del CERN y el Instituto Alemán de Metrología (PTB) volvieron a verificar la calibración del tiempo. [31] El tiempo de vuelo finalmente se midió con una precisión de 10 nanosegundos. [3] [34] El límite de error final se obtuvo combinando la varianza del error para las partes individuales.

El analisis

El equipo de OPERA analizó los resultados de diferentes formas y utilizando diferentes métodos experimentales. Tras el análisis principal inicial publicado en septiembre, en noviembre se hicieron públicos tres análisis más. En el análisis principal de noviembre, se volvieron a analizar todos los datos existentes para permitir ajustes por otros factores, como el efecto Sagnac en el que la rotación de la Tierra afecta la distancia recorrida por los neutrinos. Luego, un análisis alternativo adoptó un modelo diferente para hacer coincidir los neutrinos con su momento de creación. El tercer análisis de noviembre se centró en una configuración experimental diferente ('la repetición') que cambió la forma en que se crearon los neutrinos.

En la configuración inicial, cada neutrino detectado se habría producido en algún momento en un rango de 10.500 nanosegundos (10,5 microsegundos), ya que esta fue la duración del derrame del haz de protones que generó los neutrinos. No fue posible aislar más tiempo de producción de neutrinos dentro del derrame. Por lo tanto, en sus principales análisis estadísticos, el grupo OPERA generó un modelo de las formas de onda de protones en el CERN, tomó las distintas formas de onda juntas y trazó la posibilidad de que los neutrinos se emitan en varios momentos (la función de densidad de probabilidad global de los tiempos de emisión de neutrinos). . Luego compararon este gráfico con un gráfico de los tiempos de llegada de los 15.223 neutrinos detectados. Esta comparación indicó que los neutrinos habían llegado al detector 57,8 nanosegundos más rápido que si hubieran viajado a la velocidad de la luz en el vacío. Un análisis alternativo en el que cada neutrino detectado se comparó con la forma de onda de su derrame de protones asociado (en lugar de con la función de densidad de probabilidad global) condujo a un resultado compatible de aproximadamente 54,5 nanosegundos. [35]

El análisis principal de noviembre, que mostró un tiempo de llegada anticipado de 57,8 nanosegundos, se realizó a ciegas para evitar el sesgo del observador , por el cual quienes ejecutan el análisis podrían sin darse cuenta ajustar el resultado hacia los valores esperados. Para ello se adoptaron inicialmente valores antiguos e incompletos para distancias y retrasos del año 2006. Dado que aún no se conoce la corrección final necesaria, el resultado intermedio esperado también era una incógnita. El análisis de los datos de medición en esas condiciones "ciegas" arrojó una llegada temprana del neutrino de 1.043,4 nanosegundos. Posteriormente, los datos se analizaron nuevamente teniendo en cuenta las fuentes completas y reales de los errores. Si el neutrino y la velocidad de la luz fueran iguales, se debería haber obtenido un valor de resta de 1043,4 nanosegundos para la corrección. Sin embargo, el valor de resta real ascendió a sólo 985,6 nanosegundos, lo que corresponde a un tiempo de llegada 57,8 nanosegundos antes de lo esperado. [12]

Dos facetas del resultado fueron objeto de especial escrutinio dentro de la comunidad de neutrinos: el sistema de sincronización GPS y el perfil del derrame del haz de protones que generó neutrinos. [6] La segunda preocupación se abordó en la repetición de noviembre: para este análisis, los científicos de OPERA repitieron la medición sobre la misma línea de base utilizando un nuevo haz de protones del CERN que evitó la necesidad de hacer suposiciones sobre los detalles de la producción de neutrinos durante la activación del haz. , como la distribución de energía o la tasa de producción. Este haz proporcionó pulsos de protones de 3 nanosegundos cada uno con intervalos de hasta 524 nanosegundos. Esto significaba que un neutrino detectado podía ser rastreado únicamente hasta su pulso generador de 3 nanosegundos y, por lo tanto, sus tiempos de inicio y fin de viaje podían anotarse directamente. De este modo, ahora se podría calcular la velocidad del neutrino sin tener que recurrir a inferencias estadísticas. [3]

Además de los cuatro análisis mencionados anteriormente (análisis principal de septiembre, análisis principal de noviembre, análisis alternativo y análisis de repetición), el equipo de OPERA también dividió los datos por energía de neutrinos e informó los resultados de cada conjunto de análisis principales de septiembre y noviembre. El análisis repetido tenía muy pocos neutrinos como para considerar dividir aún más el conjunto.

Recepción por parte de la comunidad física.

Después del informe inicial sobre las aparentes velocidades superluminales de los neutrinos, la mayoría de los físicos en el campo se mostraron silenciosamente escépticos ante los resultados, pero dispuestos a adoptar un enfoque de esperar y ver. Los expertos experimentales eran conscientes de la complejidad y dificultad de la medición, por lo que un error de medición adicional no detectado seguía siendo una posibilidad real, a pesar del cuidado puesto por el equipo de OPERA. [ cita necesaria ] Sin embargo, debido al interés generalizado, varios expertos de renombre hicieron comentarios públicos. Los premios Nobel Steven Weinberg , [36] George Smoot III y Carlo Rubbia , [37] y otros físicos no afiliados al experimento, incluido Michio Kaku , [38] expresaron escepticismo sobre la precisión del experimento basándose en que los resultados cuestionaban una teoría de larga data consistente con los resultados de muchas otras pruebas de la relatividad especial . [39] Sin embargo, Ereditato, el portavoz de OPERA, afirmó que nadie tenía una explicación que invalidara los resultados del experimento. [40]

Experimentos anteriores sobre la velocidad de los neutrinos influyeron en la recepción del resultado de OPERA por parte de la comunidad física. Estos experimentos no detectaron desviaciones estadísticamente significativas entre la velocidad de los neutrinos y la velocidad de la luz. Por ejemplo, el astrónomo Royal Martin Rees y los físicos teóricos Lawrence Krauss [36] y Stephen Hawking [41] afirmaron que los neutrinos de la explosión de supernova SN 1987A llegaron casi al mismo tiempo que la luz, lo que indica que los neutrinos no tienen una velocidad superior a la de la luz. John Ellis , físico teórico del CERN, consideró difícil conciliar los resultados de OPERA con las observaciones de SN 1987A. [42] Las observaciones de esta supernova restringieron la velocidad del antineutrino de 10 MeV a menos de 20 partes por mil millones (ppb) por encima de la velocidad de la luz. Ésta fue una de las razones por las que la mayoría de los físicos sospecharon que el equipo OPERA había cometido un error. [29]

Los físicos afiliados al experimento se abstuvieron de interpretar el resultado y afirmaron en su artículo:

A pesar de la gran importancia de la medición aquí reportada y la estabilidad del análisis, el impacto potencialmente grande del resultado motiva la continuación de nuestros estudios para investigar posibles efectos sistemáticos aún desconocidos que podrían explicar la anomalía observada. Deliberadamente no intentamos ninguna interpretación teórica o fenomenológica de los resultados. [10]

Los físicos teóricos Gian Giudice , Sergey Sibiryakov y Alessandro Strumia demostraron que los neutrinos superluminales implicarían algunas anomalías en las velocidades de los electrones y muones, como resultado de efectos mecánico-cuánticos. [43] Estas anomalías ya podrían descartarse a partir de los datos existentes sobre los rayos cósmicos, lo que contradice los resultados de OPERA. Andrew Cohen y Sheldon Glashow predijeron que los neutrinos superluminales irradiarían electrones y positrones y perderían energía a través del efecto Cherenkov del vacío , donde una partícula que viaja más rápido que la luz se desintegra continuamente en otras partículas más lentas. [44] Sin embargo, este desgaste de energía estuvo ausente tanto en el experimento OPERA como en el experimento ICARUS ubicado en el mismo lugar , que utiliza el mismo haz CNGS que OPERA. [1] [45] Cohen y Glashow consideraron que esta discrepancia presentaba "un desafío importante para la interpretación superluminal de los datos de OPERA". [44]

Muchos otros artículos científicos sobre la anomalía se publicaron como preimpresiones de arXiv o en revistas revisadas por pares . Algunos criticaron el resultado, mientras que otros intentaron encontrar explicaciones teóricas, reemplazando o ampliando la relatividad especial y el modelo estándar . [46]

Debates dentro de la colaboración OPERA

En los meses posteriores al anuncio inicial, surgieron tensiones en la colaboración OPERA. [47] [48] [13] [16] Un voto de censura entre los más de treinta líderes de equipo del grupo fracasó, pero el portavoz Ereditato y el coordinador de física Autiero renunciaron a sus puestos de liderazgo de todos modos el 30 de marzo de 2012. [19] [49 ] [50] En una carta de dimisión, Ereditato afirmó que sus resultados eran "excesivamente sensacionalistas y retratados con una simplificación no siempre justificada" y defendió la colaboración, afirmando: "La Colaboración OPERA siempre ha actuado con total respeto al rigor científico: tanto cuando anunció los resultados y cuando dio una explicación de los mismos." [51]

Ver también

Notas

  1. ^ ab Reich (2011b).
  2. ^ Muchas fuentes describen la velocidad más rápida que la luz (FTL) como una violación de la relatividad especial (SR): (Reich (2011c); Cho (2011a); Choi (2011)). Sin embargo, otras fuentes confiables no están de acuerdo; para FTL que no necesariamente viola SR, ver "Tachyon" (2011).
  3. ^ abcdefg "El experimento OPERA informa una anomalía en el tiempo de vuelo de los neutrinos desde el CERN al Gran Sasso" (2011)
  4. ^ ab ÓPERA (2012).
  5. ^ Cartlidge (2011b).
  6. ^ ab Reich (2011a).
  7. ^ Brunetti (2011).
  8. ^ ÓPERA (2011a).
  9. ^ Seife (2000).
  10. ^ ab ÓPERA (2011a), pág. 29.
  11. ^ Jordans y Borenstein (2011a).
  12. ^ ab ÓPERA (2011b).
  13. ^ ab Cartlidge (2011c).
  14. ^ Jha (2011).
  15. ^ "Un nuevo derrame de protones del CERN al Gran Sasso" (2011); ÓPERA (2011b)
  16. ^ ab Cartlidge (2012c).
  17. ^ Lindinger y Hagner (2012).
  18. ^ "Ciencia en acción" (2012)
  19. ^ abc Eugenie Samuel Reich (2 de abril de 2012), "Los líderes del proyecto de neutrinos asediados dimiten", Nature News , doi :10.1038/nature.2012.10371, S2CID  211730430 , consultado el 2 de abril de 2012
  20. ^ LVD y ÓPERA (2012).
  21. ^ Sirri, Gabriele (28 de marzo de 2012). "Medidas y controles cruzados en equipos de cronometraje OPERA". Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (presentación en PowerPoint). pag. 8. Archivado desde el original el 10 de febrero de 2022 . Consultado el 10 de febrero de 2022 .
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  29. ^ ab Cho (2011b).
  30. ^ La cita del haz de neutrinos a Gran-Sasso del CERN proviene de "Upstream from OPERA: extrema atención al detalle" (2011); el resto de la descripción se basa en gran medida en el artículo de Cho (2011b) y, hasta cierto punto, de Cartlidge (2011b).
  31. ^ abcd "Ascendentes de OPERA: extrema atención al detalle" (2011)
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Referencias

enlaces externos