El “problema” de los neutrinos más rápidos que la luz posiblemente resuelto por la Relatividad Especial

El movimiento relativista de los relojes a bordo de los satélites GPS se tiene que tener en cuenta con exactitud para explicar el efecto superluminico, dice el físico Ronald A.J. van Elburg

Ya han pasado tres semanas desde la noticia extraordinaria de que los neutrinos viajan más rápido que la luz. El experimento, conocido como Opera, encontró que las partículas producidas en el CERN cerca de Ginebra, llegaron al Laboratorio Nacional Gran Sasso en Italia unos 60 nanosegundos antes de lo que la velocidad de la luz permite.

El resultado se ha extendido como la pólvora en la comunidad de la física. Desde entonces, más de 80 artículos han aparecido en el arXiv tratando de desacreditar o explicar el efecto. Es justo decir, sin embargo, que el sentimiento general es que el equipo debe OPERA ha pasado por alto algo.

Hoy en día, Ronald van Elburg en la Universidad de Groningen en los Países Bajos presenta un argumento convincente de que ha encontrado el error.

En primer lugar, vamos a revisar el experimento, que es un concepto simple: una medida de la distancia y el tiempo.

La distancia es sencillo. La localización de la producción de neutrinos en el CERN es bastante fácil de medir con GPS. La posición del Laboratorio Nacional Gran Sasso es más difícil de identificar ya que se encuentra bajo una montaña kilómetros de alto. Sin embargo, el equipo de Opera dice que ha medido la distancia de 730 km con una precisión de 20 cm o menos.

El tiempo de vuelo de los neutrinos más difícil de medir. El equipo de Opera dice que puede medir con precisión el instante en que los neutrinos son creados y el instante en que se detectan con relojes en cada extremo.

Pero la parte difícil es mantener los relojes en los dos extremos exactamente sincronizados. El equipo hace uso de los satélites GPS, que emiten una señal de tiempo de alta precisión desde una órbita de 20.000 km de altura. Se introducen una serie de complicaciones adicionales que el equipo tiene que tener en cuenta, tales como el tiempo de viaje de las señales GPS hasta el suelo.

Pero van Elburg dice que hay un aspecto que el equipo de Opera parece haber pasado por alto: el movimiento relativista de los relojes GPS.

Es fácil pensar que el movimiento de los satélites es irrelevante. Después de todo, las ondas de radio que transportan la señal de tiempo deben viajar a la velocidad de la luz, independientemente de la velocidad de los satélites.

Pero hay una sutileza adicional. Aunque la velocidad de la luz no depende del marco de referencia, el tiempo de vuelo si. En este caso, hay dos marcos de referencia: el experimento en el suelo y los relojes en órbita. Si estos se mueven uno respecto al otro, entonces esto debe ser tenido en cuenta.

Entonces, ¿cómo influye el movimiento de los satélites con respecto al experimento OPERA?. Estas sondas orbitan de Oeste a Este en un plano inclinado a 55 grados del ecuador, que esta más o menos en línea con la trayectoria de vuelo de los neutrinos. Su movimiento relativo es entonces fácil de calcular.

Por lo tanto desde el punto de vista de un reloj de a bordo de un satélite GPS, las posiciones de la fuente y el detector de neutrinos están cambiando. "Desde el punto de vista del reloj, el detector se mueve hacia la fuente y por lo tanto la distancia recorrida por las partículas como se observa en el reloj es más corta", dice van Elburg.

Esto quiere decir que la distancia medida en el marco de referencia sobre el terreno es más corta.

El equipo de Opera pasa por alto esto, ya que basan sus cálculos como si los relojes estuvieran en el suelo, no en órbita.

¿Qué tan grande es este efecto? Van Elburg calcula que los neutrinos parecerían llegar 32 nanosegundos antes. Pero esta cifra debe ser doblada porque el mismo error se produce en cada extremo del experimento. Por lo que la corrección total es de 64 nanosegundos, casi exactamente lo que el equipo OPERA observa.

Eso es impresionante, pero no quiere decir que el problema se disipó. La revisión por pares es una parte esencial del proceso científico y este argumento debe tener su propia revisión bajo el escrutinio de la comunidad en general y el equipo de Opera, en particular.

Si se confirma, este episodio estará cargado de ironía. Lejos de romper la teoría de Einstein de la relatividad, la “medida más rápida que la luz” volverá a ser otra confirmación de la misma.

Fuente: arxiv.org/abs/1110.2685: Times Of Flight Between A Source And A Detector Observed From A GPS Satellite.