OPERA
OPERA fue un experimento de neutrinos en el laboratorio subterráneo del Gran Sasso que de 2008 a 2012 recibió un haz procedente del CERN — 730 kilómetros a través de los Alpes y de los Apeninos. Su cometido: ver directamente la transición de neutrinos muónicos a neutrinos tauónicos.
Aparición en lugar de desaparición
La mayoría de los experimentos de oscilación miden que faltan neutrinos. Super-Kamiokande había mostrado en 1998 que los neutrinos muónicos desaparecen en su camino a través de la Tierra. Adónde van, el detector no lo veía.
OPERA quería mostrar precisamente eso. Para ello tenía que detectar neutrinos tauónicos — y estos solo se delatan por el hecho de producir un leptón tau.
Este leptón vive unas 0,3 billonésimas de segundo y recorre en ese tiempo menos de un milímetro antes de desintegrarse. Hay que reconocer, por tanto, una traza muy corta y en ella un quiebro — el punto en el que el tau se desintegra y sus partículas hijas prosiguen su vuelo en otra dirección.
Ningún detector electrónico resuelve eso. Las cámaras de hilos más finas llegan a unas décimas de milímetro.
Ladrillos de plomo y película
La solución de OPERA fue un retorno a una técnica antigua. El detector constaba de unos 150 000 ladrillos. Cada uno era una pila de 56 placas de plomo con capas fotográficas de emulsión intercaladas, pesaba unos ocho kilogramos largos y tenía aproximadamente el tamaño de una caja de zapatos. En conjunto sumaban 1 250 toneladas.
El plomo aporta la masa, para que llegue a producirse una interacción. La emulsión registra las trazas con una resolución inferior a un micrómetro — mil veces más fina que cualquier detector electrónico.
El procedimiento que hay detrás
La emulsión tiene un inconveniente decisivo: lo almacena todo y no puede leerse como un chip. Una película que pasa años en el detector acumula millones de trazas inservibles.
La solución fue un reparto del trabajo. Entre las paredes de ladrillos colgaban detectores electrónicos que indicaban a grandes rasgos dónde y cuándo había sucedido algo. Un robot sacaba entonces de la pared el ladrillo correspondiente, las películas se revelaban y se examinaban automáticamente al microscopio.
Con ello la emulsión dejaba de ser un almacén pasivo y pasaba a formar parte de un proceso de búsqueda. El procedimiento permitía extraer de 150 000 ladrillos justamente aquel que contenía algo.
El resultado
El primer candidato a tau se encontró en 2010. Hasta 2015 fueron diez.
Diez sucesos en años de funcionamiento suena a poco y es un triunfo. El fondo esperado era inferior a un suceso; la significación estadística alcanzó 6,1 desviaciones estándar — muy por encima del umbral de cinco a partir del cual la física de partículas habla de un descubrimiento.
Con ello quedaba demostrada directamente la transición νμ → ντ. Junto con DONUT, que había detectado el neutrino tauónico por primera vez, y con las medidas de desaparición, el cuadro de la oscilación de neutrinos quedaba cerrado.
El asunto de la velocidad de la luz
En 2011 OPERA comunicó que sus neutrinos habían llegado unos 60 nanosegundos antes de lo que lo habría hecho la luz. La noticia dio la vuelta al mundo.
Resulta notable cómo lo manejó la colaboración. Publicó el hallazgo expresamente como no explicado, pidió su revisión a la comunidad especializada y no afirmó haber refutado a Einstein. El portavoz dijo, en sustancia, que habían buscado un error durante meses y no habían encontrado ninguno — y que por eso exponían el asunto abiertamente.
La revisión encontró la causa: un conector de fibra óptica que no estaba del todo encajado en la medida del tiempo, y además un oscilador que marchaba con imprecisión. Tras la corrección, los neutrinos se movían a la velocidad de la luz. En 2012 otros tres experimentos del Gran Sasso lo confirmaron de forma independiente, y la propia OPERA presentó una medida rectificada.
El episodio se considera hoy una lección — no por el error, que cualquiera puede cometer, sino por el trato abierto que se le dio.
Términos relacionados
- DONUT — la primera detección del neutrino tauónico
- Oscilación de neutrinos
- Martin Perl — descubridor del leptón tau
- MINOS — la contrapartida estadounidense
Fuentes
- Colaboración OPERA: Discovery of τ Neutrino Appearance in the CNGS Neutrino Beam with the OPERA Experiment, Physical Review Letters 115, 121802 (2015).
- Colaboración OPERA: Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam, JHEP 2012, 093 — versión corregida.