Neutrins contra fotons.

Einstein

De los miles de experimentos que han realizado los físicos desde Galileo, solo algunos dieron un giro radicalmente trascendental para la gigantesca construcción de su ciencia. Varios de ellos han tenido a la luz como protagonista y han dado sorpresas y resultados casi paradójicos. Young, en el primer tercio del siglo XIX, probó, con experimentos de interferencias, que la luz tenía un carácter ondulatorio, contra la opinión de Newton. A principios del siglo XX, el llamado efecto fotoeléctrico fue explicado por Einstein sobre la hipótesis de que la luz está también constituida por partículas, que luego se llamaron "fotones". ¡La experiencia y la teoría reivindicaban la intuición de Newton que postulaba partículas y a la vez, las tesis ondulatorias de Huygens y de Young! Era lo más parecido a una contradicción que podía presentarse en la época, a la que luego nos hemos acostumbrado, por el éxito extraordinario de la mecánica cuántica.

Hace unos días se anunció el resultado de un experimento llamado OPERA, llevado a cabo por el equipo dirigido por Antonio Eridato, y que consistió en enviar partículas de luz (fotones) en trayectoria paralela a otras partículas subatómicas llamadas neutrinos, que recorrieron una distancia de 732 kilómetros entre Ginebra (Suiza) y el Gran Sasso (Italia). La luz tardó 2,400 milésimas de segundo en cubrir el recorrido y los neutrinos 2,399 (un 0,0025%, menos).

Ya se habían hecho experimentos, con medidas precisas, que comparaban las velocidades de la luz y de los neutrinos procedentes de la supernova SN1987A, a miles y miles de años luz de distancia. El resultado fue que las velocidades de ambos eran prácticamente iguales, dentro de los márgenes de error calculados.

Pero que el experimento de Eridato, sobre la Tierra y con mayor precisión, haya obtenido que los neutrinos corren a velocidad muy próxima, pero mayor, que la de la luz ha conmocionado a los físicos y a los interesados por la ciencia. Las primeras páginas de los diarios titularon: "Los neutrinos viajan más deprisa que la luz y ello echaría abajo la teoría de la relatividad de Einstein"; "Un experimento impulsa el sueño de los viajes a través del tiempo"; "Incluso Einstein puede equivocarse".

Si el experimento se confirma, tras otras repeticiones por otros equipos y métodos, la luz no sería la señal física más rápida que existe en nuestro universo y las ecuaciones -llamadas de Lorentz- que tienen como única constante la velocidad de la luz y que son la base de la relatividad especial de Einstein, serían erróneas.

Podría pensarse, a primera vista, que en ese caso bastaría sustituir la velocidad de la luz por la de los neutrinos en las ecuaciones, aceptando que son más rápidos y utilizando estos últimos para sincronizar relojes y medir intervalos de tiempo, obteniendo los mismos resultados de Einstein y evitando viajes en el tiempo y otros fenómenos inverosímiles.

Pero no es posible. Como me señala mi amigo Cayetano López, catedrático de Física de Partículas y director del CIEMAT, una partícula que viaje a la velocidad máxima tiene que partir de una masa inicial cero o, de otro modo, tendría una energía infinita, cosa que no existe en el universo. Los fotones tienen esa propiedad: parten con una masa cero y adquieren una pequeña masa por su movimiento a 300.000 kilómetros por segundo. Pero desde hace unos pocos años, hemos sabido que los neutrinos -que parecían tener masa cero- tienen una masa no nula, en todo momento. Por tanto, no pueden ser las partículas con la velocidad máxima, que exige la relatividad.

El dilema es radical para la física: si la teoría relativista de Einstein es correcta, los neutrinos no pueden ser más rápidos que la luz. Si se confirmase lo contrario, su teoría se derrumbaría.

La teoría de la relatividad especial de Einstein ha sido tan fecunda teóricamente, y sus predicciones tan importantes y bien comprobadas, que parece inverosímil que resulte refutada. La introducción, por el físico inglés Dirac, de la relatividad en la mecánica cuántica de Schrödinger -dando origen a la teoría cuántica de campos- le permitió predecir propiedades de las partículas subatómicas, como el espín y el momento magnético de los electrones, calculado esto con una exactitud de 11 cifras decimales, y también la existencia de electrones positivos (los positrones). Con la relatividad caería la electrodinámica cuántica, que es la teoría más completa y exacta de toda la física y, también, el modelo estándar de partículas. Puede apostarse mil contra uno que la teoría de Einstein no caerá.

El mayor enigma que viene planteando algo parecido a una contradicción entre la relatividad y la mecánica cuántica es el fenómeno de las partículas que, partiendo de una posición de "dúo enlazado", se separan en direcciones opuestas, manteniendo vínculos que desconocemos. Las partículas subatómicas, según la mecánica cuántica, mantienen una indeterminación considerable respecto a sus posiciones, velocidades y espín. Pero si se somete una de ellas a un dispositivo para determinar con precisión alguna propiedad, la otra partícula la adquiere instantáneamente, esto es, por una señal desconocida más rápida que la luz. No conocemos qué son esa señal y ese vínculo, que se mantiene por grande que sea la distancia que separe a las partículas "enlazadas".

Pero eso es otra historia.

Miguel Boyer, Dilema radical de la física: "Einstein, ¿sí o no?, El País, 06/10/2011