Último (?) Edit: El "problema" está solucionado: era principalmente un problema en la cadena de distribución, debido a una fibra óptica mal atornillada. Aquí se proporciona una descripción de alto nivel del problema y aquí una explicación más detallada de la investigación .

Lista de posibles sesgos sistemáticos

Pensé que sería una buena idea enumerar los posibles sesgos sistemáticos que podrían llevar al personaje de xkcd a ganar su apuesta. Como muchos físicos (incluida, supongo, mucha gente de la colaboración OPERA ), creo que terminará como la anomalía de Pioneer . Por supuesto, la lista actual solo contiene sesgos que son poco probables, pero menos probables que una violación de la causalidad.

Errores de ubicación y desfases de relojes

El artículo de arXiv los estudió y parece excluirlo. La distancia parece conocerse dentro de los 20 cm y la sincronización parece estar dentro de los 15 ns (6,9 estadísticos y 7,4 sistemáticos). Sin embargo, si esta terminara siendo la explicación, sería bastante aburrido.

Actualización: los rumores parecen decir que la explicación aburrida es la buena.

No son los mismos neutrinos detectados

Los neutrinos se emiten en una ventana de 10,5 µs, 175 veces más que el efecto observado. Es posible que los neutrinos emitidos temprano no sean exactamente los mismos que los emitidos tarde. La oscilación de neutrinos podría, por ejemplo, hacer que los primeros neutrinos sean más detectables por el detector distante.

Sin embargo, los detectores se construyeron para medir la oscilación, así que supongo que la colaboración de OPERA pensó en ello y lo rechazó por cualquier motivo. Supongo que una explicación en este sentido significaría una nueva física de partículas interesante.

Actualización: Esta posibilidad excluida por un nuevo experimento con pulsos de 3 ns.

Errores en el análisis estadístico de tiempos

El tiempo en sí se basa en un análisis estadístico bastante elaborado. Además, los pulsos son bastante largos (10 μs), por lo que un error en este análisis podría ser fácilmente del orden de magnitud.

Actualización: Esta posibilidad excluida por un nuevo experimento con pulsos de 3 ns.

Tiene algunas respuestas más largas que ya se actualizaron, pero aquí hay una declaración concisa de la situación a mediados de 2014:

1. Una medición independiente realizada por la colaboración ICARUS , que también utilizó neutrinos que viajaban desde el CERN a Gran Sasso pero utilizando un detector y un hardware de sincronización independientes, encontró tiempos de detección "compatibles con la llegada simultánea de todos los eventos con la misma velocidad, la de la luz".

2. En un comunicado de prensa editado (y probablemente también en la literatura revisada por pares), los cuatro experimentos con neutrinos en Gran Sasso informan resultados consistentes con la relatividad.

3. Los murmullos que comienzan unos meses después del informe inicial, que un cable suelto causó un error en la cadena de tiempo , han sido aceptados por los experimentadores. Frédéric Grosshans se vincula a una buena discusión de Matt Strassler que incluye esta imagen: Puede ver claramente que la compensación de tiempo se introdujo a mediados de 2008 y no se corrigió hasta finales de 2011.

Es importante recordar la escala del problema aquí. En el vacío, la velocidad de la luz es de un pie por nanosegundo. En el cable coaxial de cobre/polietileno es más lento, unas seis pulgadas por nanosegundo, y en la fibra óptica es comparable. Un conector de cable defectuoso puede tomar una hermosa señal lógica digital y reflejar parte de ella de regreso al emisor, de una manera dependiente del tiempo, convirtiendo la señal recibida en un lío analógico con una forma complicada. Y un cable puede estropearse si alguien lo golpea de forma incorrecta con el trasero mientras trabaja en la sala de electrónica.

(De hecho, me sucedió algo similar en un experimento: tenía un divisor de señal analógica "arriba" que enviaba un eco de señal a mis detectores "abajo", y un pequeño pulso con eco volvió arriba después de aproximadamente un microsegundo y obtuvo procesado como otro evento. Terminé gastando varios miles de dólares en terminadores de señal para tragar el eco de abajo. Era una configuración inusual y necesitaba un hardware de terminación inusual y debo haber respondido la pregunta "pero no podrías simplemente" cien veces. )

Gran Sasso es una instalación subterránea para experimentos de fondo bajo: los detectores no pueden ver los satélites GPS directamente, porque hay una montaña en el camino, y su acceso a la superficie es a través de un túnel cuyo objetivo principal es transportar el tráfico de un importante autopista italiana. Estoy bastante impresionado de que tuvieran una resolución de tiempo de ~100 ns entre los dos laboratorios; el "descubrimiento" se produjo porque estaban tratando de hacerlo diez veces mejor que eso.

Como experimentador, no envidio en absoluto a los chicos de OPERA por su error. Seguro que se pasaron un año entero cagando piñas porque no sabían identificar el problema. Cuando finalmente publicaron su resultado, tuvieron el coraje de informarlo al pie de la letra. La comunidad estaba debidamente incrédula y el amplio interés provocó una gran cantidad de otras comprobaciones que podían hacer. Se realizaron mediciones independientes. Se encontró una explicación. La ciencia en su máxima expresión.

• ¿Es esto remotamente posible?

Bueno... "posible", sí, pero algo así como hacer un túnel a través de una pared de ladrillos es "posible": si bien no puedes probar definitivamente que es imposible, te sentirías bastante seguro diciendo "esto nunca sucederá". La relatividad está realmente bien probada, y es muy difícil concebir una forma en que los neutrinos puedan viajar más rápido que la luz sin que tenga otras consecuencias que ya habríamos descubierto. Dicho esto, no conozco el campo de adentro hacia afuera y estoy seguro de que a algún teórico se le ocurrió alguna idea loca que lo permite. Hice otra pregunta que podría salir con algo.

• Si es así, ¿sería una violación real de la invariancia de Lorentz o un efecto "casi, pero no del todo"?

Si los resultados de OPERA son precisos, este efecto sería una verdadera violación de Lorentz en toda regla, no solo un efecto aparente como la radiación de Cerenkov o el movimiento superlumínico astronómico . Es por eso que todo el mundo está tan emocionado al respecto. (A menos que los neutrinos sean taquiones; en ese caso, supongo que la invariancia de Lorentz sigue técnicamente intacta, pero la observación de un taquión sería igualmente una gran noticia).

La configuración de CERN y OPERA es conceptualmente muy simple, básicamente solo dos observadores ubicados a una distancia conocida con relojes sincronizados. Es una medida directa de la velocidad media. No es necesario realizar ningún análisis teórico complicado para determinar si se superó la velocidad de la luz. O están equivocados sobre la distancia (falta de medición, o hay una "fisura" del espacio-tiempo dentro de la Tierra :-P) o el tiempo (error de sincronización del reloj o deriva), o en realidad han descubierto neutrinos superlumínicos.

Según el Dr. Phil Plait, hay un rumor de que ha sido una conexión defectuosa. En resumen: no hay nada malo con el cálculo , las suposiciones teóricas, la rotación de la Tierra, etc... Un problema de hardware causó la diferencia de tiempo de 60 ns.

Sigue siendo un chisme, así que tómalo con mucha precaución, pero esto es lo que tenía que decir:

Según fuentes familiarizadas con el experimento, la discrepancia de 60 nanosegundos parece provenir de una mala conexión entre un cable de fibra óptica que se conecta al receptor GPS utilizado para corregir el tiempo del vuelo de los neutrinos y una tarjeta electrónica en una computadora. Después de ajustar la conexión y luego medir el tiempo que tardan los datos en viajar a lo largo de la fibra, los investigadores descubrieron que los datos llegan 60 nanosegundos antes de lo previsto. Dado que este tiempo se resta del tiempo total de vuelo, parece explicar la llegada anticipada de los neutrinos. Sin embargo, se necesitarán nuevos datos para confirmar esta hipótesis.

- fuente

ACTUALIZACIÓN 2011-10-15

Este fenómeno puede haber sido explicado . El quid del problema tenía que ver con diferentes marcos de referencia: la distancia recorrida según los satélites que midieron el tiempo era diferente de la distancia recorrida según nosotros en la tierra. Si va a medir la velocidad (distancia / tiempo), debe obtener la distancia y el tiempo del mismo marco de referencia. Estábamos obteniendo la distancia de nuestro marco de referencia y el tiempo del tiempo de referencia del satélite (muy rápido).

Este artículo lo explica de una manera muy accesible:

Para entender cómo la relatividad alteró el experimento de los neutrinos, es útil fingir que estamos pasando el rato en uno de esos satélites GPS, viendo la Tierra pasar debajo de ti. Recuerde, desde el marco de referencia de alguien en el satélite, no nos estamos moviendo, pero la Tierra sí. A medida que avanza el experimento de neutrinos, comenzamos a cronometrar uno de los neutrinos cuando sale de la fuente en Suiza. Mientras tanto, el detector en Italia se mueve tan rápido como el resto de la Tierra y, desde nuestra perspectiva, se está moviendo hacia la fuente. Esto significa que el neutrino tendrá que viajar una distancia un poco más corta que si el experimento fuera estacionario. Dejamos de cronometrar el neutrino cuando llega a Italia y calculamos que se mueve a una velocidad que está cómodamente por debajo de la velocidad de la luz.

"Eso tiene sentido", decimos, y enviamos la hora de inicio y la hora de finalización a nuestros colegas en la Tierra, quienes echan un vistazo a nuestros números y se asustan. "Eso no tiene sentido", dicen. "¡No hay forma de que un neutrino pudiera haber cubierto la distancia que estamos midiendo aquí abajo en el tiempo que mediste allá arriba sin ir más rápido que la luz!"

Y son totalmente, 100% correctos, porque la distancia que los neutrinos tuvieron que viajar en su marco de referencia es más larga que la distancia que los neutrinos tuvieron que viajar en nuestro marco de referencia, porque en nuestro marco de referencia, el detector se movía hacia la fuente. En otras palabras, el reloj del GPS es un golpe de gracia, pero dado que el reloj está en un marco de referencia diferente, debe compensar la relatividad si lo va a utilizar para realizar mediciones de alta precisión.

El artículo original que publica estos hallazgos está aquí: Tiempos de vuelo entre una fuente y un detector observados desde un satélite GPS .

Publicación original

Fuentes: [ 1 ] (Associated Press), [ 2 ] (Guardian.co.uk), [ 3 ] (Publicación original - Universidad de Cornell)

Los científicos de todo el mundo reaccionaron con cautela el viernes a los resultados de un laboratorio italiano que parecían mostrar que ciertas partículas subatómicas pueden viajar más rápido que la luz.

Un haz de luz tardaría alrededor de 2,4 milisegundos en completar el viaje, pero después de realizar el experimento Opera durante tres años y cronometrar la llegada de 15.000 neutrinos, los científicos han calculado que las partículas llegaron al Gran Sasso 60 mil millonésimas de segundo antes, con un margen de error de más o menos 10 mil millonésimas de segundo. La velocidad de la luz en el vacío es de 299.792.458 metros por segundo, por lo que aparentemente los neutrinos viajaban a 299.798.454 metros por segundo.

Ignorando la exageración de los medios de comunicación sobre las posibilidades del viaje en el tiempo y las dimensiones alternativas, estoy buscando fuentes académicas que puedan sugerir cómo esto podría ser cierto o, alternativamente, cómo podría explicarse esta discrepancia.

Leí el artículo publicado, Medición de la velocidad del neutrino con el detector OPERA en el haz CNGS , con sus hallazgos. Parece que tomaron una cantidad increíble de cuidado con su medida de distancia y tiempo.

Uno de los escepticismos más comunes de las personas que no saben nada sobre el experimento es cosas como:

Es posible que se preocupe por[...] ¿han tenido en cuenta correctamente el tiempo de demora de la lectura real de las señales? Lo que sea que esté usando como señal de sincronización, tiene que viajar por los cables hasta su computadora y cuando habla de nanosegundos, debe saber exactamente qué tan rápido viaja la corriente, y no es instantánea. [ 2 ]

Sin embargo, este experimento no utiliza ese tipo de mecanismo de tiempo de 'cronómetro'. No hay 'T=0', y no hay disparo único de neutrinos. Lo que se detecta son patrones de marcas de agua en el flujo constante de partículas. Los flujos en la entrada y la salida tienen una marca de tiempo utilizando los mismos satélites y cualquier posición a lo largo de cada flujo tiene un tiempo preciso asociado. Al identificar patrones idénticos en los flujos de entrada y salida, pueden identificar cuánto tiempo tardaron las partículas en viajar entre los puntos. [ 1 ]

En cuanto a la distancia, utilizan lecturas de GPS para obtener la posición este, norte y altitud a lo largo del camino recorrido con gran precisión. Tanto es así que incluso detectan una lenta migración de la corteza terrestre y cambios milimétricos en la distancia entre el origen y el destino cuando ocurre algo así como un terremoto. Cuando sus partículas viajan en la escala (730534,61 ± 0,20) metros, esta precisión es más que suficiente:

Se necesitará mucho más que el escepticismo de base para pensar qué podría haber causado esta discrepancia. He visto sugerencias como que la gravedad de la Tierra es diferente a lo largo del camino de los neutrinos, lo que deforma el espacio/tiempo de manera desigual. Es posible que el neutrino no esté viajando tan lejos como creen si el espacio/tiempo se contrae en uno o más puntos a lo largo del camino donde la gravedad varía.

De todos modos, estaré interesado en ver cómo se desarrolla. Como la mayoría de los científicos, mi suposición es un error sistemático no explicado (porque definitivamente tienen la importancia estadística y la precisión de su lado) que aún no se ha señalado, pero probablemente no tomará mucho tiempo con todos los físicos teóricos que estarán verter a través de este experimento.

Supongamos que esto es real, que los neutrinos llegan ligeramente más rápido que la luz a través del vacío. ¿No apuntaría eso a que hay un c ligeramente más alto que en realidad limita las velocidades, y una ligera desaceleración de la luz desde este máximo debido a las interacciones del campo electromagnético con otras partículas, incluidas las partículas virtuales?

Después de todo, puedes mover un electrón más rápido que un fotón en el vidrio, y no lo llamamos el fin de la relatividad, lo llamamos radiación de Cherenkov .

Entonces, la definición de índice de refracción podría necesitar un ajuste, pero efectivamente el vacío tiene un índice de refracción distinto de cero, o más bien, el vacío no está completamente vacío. que conocemos.

Tiene sentido que un neutrino no esté sujeto a las mismas interacciones, dada su famosa renuencia a interactuar con cualquier cosa. Tal vez sea solo una indicación de que es más probable que las partículas en el vacío interactúen electromagnéticamente que interactúen débilmente.

¿O estoy trabajando bajo una premisa falsa? ¿La velocidad de la luz en el vacío ya está ajustada para las interacciones de partículas virtuales?

Hay fuertes razones para no creer en este resultado.

[Este párrafo es refutado por el resultado del 17 de noviembre.] Utiliza un diseño experimental que nunca fue pensado para este propósito, y que es inherentemente poco adecuado para él; los pulsos del haz tenían un ancho de 10.000 ns, y el desplazamiento que afirman haber medido es de solo 60 ns. Esto significa que el cambio solo puede detectarse estadísticamente y hace que el resultado sea extremadamente vulnerable a errores sistemáticos imprevistos, por ejemplo, correlaciones entre el tiempo de emisión de los neutrinos y su energía (que afecta fuertemente la eficiencia de detección) o la dirección de emisión. Hicieron otra ejecución a fines de octubre, con pulsos de haz de 1-2 ns de ancho. Ese es el diseño correcto si desea medir la velocidad de los neutrinos de manera confiable. Simplemente deberían haber esperado hasta después de tener esos datos antes de anunciar sus resultados. (En realidad, cinco miembros senior de la colaboración no pusieron sus nombres en el papel.) Tengo una apuesta con un colega, por un paquete de seis Fat Tire, que la nueva ejecución mostrará que el resultado original era falso. El resultado puede ser anunciado tan pronto como noviembre o diciembre. [El resultado se anunció el 17 de noviembre y perdí mis abdominales].

Otra razón para no creerlo es que existen razones sólidas y bastante independientes del modelo para creer que no puede ser correcto. Un haz de neutrinos superlumínicos habría perdido gran parte de su energía a través de la radiación, pero una medición realizada por otro detector muestra que no fue así: http://arxiv.org/abs/1110.3763 ​​El movimiento superluminal de los neutrinos también provocaría un movimiento superluminal de electrones, lo que es contrario a la observación http://arxiv.org/abs/1109.5682 , y también habría causado una supresión de la descomposición del pión, por lo que el haz nunca podría haberse producido en primer lugar http://arxiv. org/abs/1109.6630. Todo esto se mantiene independientemente de los detalles del modelo. Por ejemplo, vale tanto para neutrinos taquiónicos sin un marco preferido como para modelos en los que los neutrinos no son taquiónicos y hay un marco preferido.

Otra razón más para la incredulidad es que la velocidad de propagación de los neutrinos se ha medido con una precisión mucho mayor mediante otras técnicas, por lo que si quiere creer en el resultado de OPERA, debe postular una dependencia energética muy extraña de la velocidad.

• ¿Es esto remotamente posible?

Bueno, sí, por supuesto que es posible de la misma manera que es posible que las hadas invisibles de los neutrinos estén jugando con los neutrinos subterráneos y, por lo tanto, causando estragos en la salud mental de los físicos de todo el mundo. Es simplemente... improbable, muy improbable, tal como era posible la evidencia de 4 sigma para una nueva violación de CP en dimensiones del mismo signo, solo para caer de bruces cuando ATLAS y CMS no lograron ver lo mismo. Pero, ¡todavía es posible! Aun así, centrémonos en lo que es más probable: no hay hadas de neutrinos, y el conflicto entre los datos y la relatividad especial radica en la probabilidad de que >> 6-sigma sea un error con el experimento.

•Si es así, ¿sería una violación real de la invariancia de Lorentz o un efecto de "casi, pero no del todo"?

Sería una tremenda violación de la invariancia de Lorentz por parte de Einstein. Todas las partículas muestran el mismo límite de velocidad que la luz, pero los neutrinos con una masa en reposo mayor que la luz poseen un límite de velocidad mayor.

Puede darse el caso de que este problema tenga que ver con la velocidad de la luz «unidireccional» y el referencial que se utilice. Afaik, las únicas medidas conocidas de c se realizan en una versión «bidireccional» (valor medio en un camino cerrado). Cuando un fotón se libera en el espacio inicia su viaje a una velocidad c independientemente de la fuente y del receptor. El referencial CMB claramente es el único referencial para «observar» la luz como isotrópica. A medida que la Tierra se mueve, observamos un dipolo, y en diferentes direcciones medimos diferentes longitudes de onda para el mismo objeto físico (fotón).

Este artículo ( Principio Cosmológico y Relatividad - Parte I ) analiza la anisotropía de la velocidad de la luz para un observador en movimiento.

Fig. 3 y ec. 18, pág. 14

La velocidad de la luz en un sentido es:$c_{A}^{r}=\frac{c_{0}}{1+V/c_{0}\cdot\cos\phi_{A}}$

Usando$c_0=299792.458$Km/s es la velocidad de la luz bidireccional,$V\;$es la velocidad del laboratorio en relación con el CMB:$V=V_{SS}+V_E$=369$\pm$30 km/s ( datos de aquí )
da el valor máximo de$\frac{\left|c_{V\pm\delta V}-c_{V}\right|}{c_{V}}\cdot10^{5}$=10.2.

Todas las medidas experimentales de |vc|/c están dentro de este límite.

De todos modos, Einstein tiene razón.

Sospecho que la sincronización utilizada en el GPS es la misma que en el documento anterior y no como lo hizo Einstein.
En la imagen , Sat A debe sincronizarse con C al mismo tiempo a través del camino rojo más corto y del camino azul más largo. Al mismo tiempo , B está sincronizado con C a través de otros caminos con diferentes longitudes. En mi opinión, esto solo es posible si están sincronizados como en el documento anterior (observador instantáneo) y no en la forma de Einstein que solo considera un camino entre el observador y cualquier otro punto (la sincronización alrededor de la circunferencia de un disco giratorio da un tiempo que no se desvanece diferencia que depende de la dirección utilizada).

De todos modos, Einstein tiene razón y los neutrinos no son superlumínicos.
Una lectura descuidada del artículo podría hacerte pensar que es contrario a Einstein, pero no lo es.

¿Alguien captó esto?

El resultado de un neutrino rápido puede deberse a una falla en el instrumento

http://www.newscientist.com/blogs/shortsharpscience/2012/02/speedy-neutrino-result-may-be.html

Un cable suelto explica el resultado defectuoso de los neutrinos "más rápidos que la luz"

http://www.space.com/14654-error-faster-light-neutrinos.html?utm_source=feedburner&utm_medium=feed&utm_campaign=Feed%3A+spaceheadlines+%28SPACE.com+Headline+Feed%29

Apostaré todos mis frijoles a la idea de que no estimaron bien la curvatura del espacio-tiempo dentro de la Tierra y sobre la trayectoria del haz, y lo que realmente descubrieron es una excelente manera de medir el espacio-tiempo dentro de la Tierra .

EDITAR parece que este efecto se resuelve como una corrección faltante debido a los términos de velocidad del satélite: http://arxiv.org/abs/1110.2685 . Hasta que escuche o lea cualquier contrademanda a ese documento, consideraré que este es un asunto resuelto.

Esta no es una respuesta verdadera... nadie sabe la explicación, hasta ahora. Sin embargo, publicaré esta "consideración" de todos modos... Ahora, 21 de noviembre de 2011, con pulsos de 3 ns, el nuevo valor para el "tiempo perdido" es 62,1 ns +/-3,7 (solo 20 eventos). Mi respuesta es solo una consideración "posible" que, si los experimentadores la leen, podría darles algunas pistas de "depuración".

En primer lugar mis suposiciones:

es poco probable que los neutrinos se vuelvan superlumínicos o que SR ya no se cumpla

• es poco probable que la distancia se mida incorrectamente

• es poco probable que la configuración/uso del GPS sea incorrecto

• también es poco probable que la velocidad de la luz se haya medido incorrectamente hasta ahora.

Entonces dos hipótesis:

• el "tiempo perdido" es 62.5ns (compatible con 62.1 +/-3.7ns)

• la electrónica involucrada en la medición del tiempo tiene un dominio de reloj que funciona a 16 MHz.

Por supuesto, la conclusión sería investigar si hay un circuito funcionando con un pulso de reloj menos de lo esperado por diseño/prueba.

Hubo un informe muy confiable sobre el hallazgo de un monopolo en la década de 1980 por Caberera (?). No había otra explicación del fallo en la disposición del SQUID, sino la captura de un monopolo. Eso nunca se repitió. Nunca confirmado. Nunca rechazado por ser un efecto falso. Creo que esta pregunta necesita un par de años más de investigación. Una pregunta de física debe confirmarse repetidamente antes de que se pueda derivar un postulado o una inferencia. Incluso después de esa derivación, se debe percibir un experimento sensible para avanzar más.

No estoy de acuerdo con la noticia de los neutrinos superlumínicos por razones muy simples. La diferencia que encontraron con respecto a la velocidad de la luz es muy pequeña, por lo que debieron cometerse algunos errores en los cálculos. El neutrino no es más rápido que la luz. La Teoría Especial de la Relatividad (STR) de Einstein, a través del principio del límite de velocidad, hace que la fuerza magnética provenga de la eléctrica y la fuerza magnética sea una fuerza eléctrica, como saben los físicos; una demostración fácil de eso se puede encontrar en el capítulo 3 de mi archivo en el siguiente enlace (también en inglés adentro):

http://www.fisicamente.net/FISICA_2/UNIFICAZIONE_GRAVITA_ELETTROMAGNETISMO.pdf

Si se deshace del principio del límite de velocidad, el campo magnético ya no puede existir.

Además, como c=1/raíz cuadrada de(épsilon x µ), si cambias c con c'>c, entonces tienes que aceptar un µ'<µ, entonces tienes que aceptar diferentes intensidades de campos magnéticos de un corriente eléctrica dada, por lo que hay que deshacerse del electromagnetismo, pero está describiendo muy bien las corrientes, los campos, el mundo real, etc. Por lo tanto, hay un error en el cálculo de la velocidad de los neutrinos, en los cálculos sobre la marcha longitud, en los cálculos del tiempo de interacción, durante la generación y también la detección de esas partículas evanescentes!

(otro archivo interesante, también relacionado con este tema):

http://www.mednat.org/new_scienza/strani_legami_numerici_universo.pdf