Satélite GPS © by cliff1066™
Artículo publicado el 14 de octubre de 2011 en The Physics ArXiv Blog
El movimiento relativista de los relojes a bordo de los satélites GPS tiene en cuenta con exactitud el efecto superlumínico.
Ya han pasado tres semanas desde la extraordinaria noticia de que unos neutrinos que viajaron entre Francia e Italia se registró que lo hacían 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 permite la velocidad de la luz.
El resultado ha enviado una onda de entusiasmo a través de la comunidad física. Desde entonces, han aparecido más de 80 artículos en arXiv tratando de desacreditar o explicar el efecto. Huelga decir, sin embargo, que el sentimiento general es que el equipo de OPERA ha debido pasar algo por alto.
Hoy, Ronald van Elburg de 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 se basa en una idea muy simple: una medida de la distancia y el tiempo.
La distancia es sencilla. La posición de la producción de neutrinos en el CERN es bastante fácil de medir con GPS. La posición del Laboratorio de Gran Sasso es más difícil de ubicar debido a que está a un kilómetro debajo de la montaña. Sin embargo, el equipo de OPERA dice que ha establecido la distancia de 730 km con un margen de error de 20 cm o menos.
El tiempo de vuelo de los neutrinos es mas difícil de medir. El equipo de OPERA dice que puede evaluar con precisión el instante en que se crean los neutrinos, y el instante en el que se detectan, usando relojes en ambos extremos.
Pero la parte difícil es mantener los relojes de ambos extremos exactamente sincronizados. El equipo hace esto usando satélites GPS, cada uno emitiendo una señal temporal de alta precisión desde una órbita a unos 20 000 km de altura. Esto introduce una serie de complicaciones adicionales que el equipo tiene que tener en cuenta, tales como el tiempo de viaje de las señales GPS hacia el suelo.
Pero van Elburg dice que hay un efecto 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 portan la señal temporal deben viajar a la velocidad de la luz, sin importar 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 sí que lo hace. En este caso, hay dos marcos de referencia: el experimento en tierra y los relojes en órbita. Si estos se mueven uno respecto al otro, entonces tiene que tenerse en cuenta.
Entonces, ¿cuál es el movimiento de los satélites con respecto al experimento OPERA? Estas sondas orbitan de oeste a este en un plano inclinado 55 grados respecto al ecuador. Es significativo que este ángulo esté aproximadamente alineado con la ruta 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 la perspectiva del reloj, el detector se mueve hacia la fuente y, por consiguiente, la distancia recorrida por las partículas observado desde el reloj, es más corta”, dice van Elburg.
Con esto quiere decir más corta que la distancia medida en el marco de referencia sobre el terreno.
El equipo de OPERA pasó por alto esto debido a que pensaba que los relojes estaban en tierra, y no en órbita.
¿Cómo de grande es este efecto? Van Elburg calcula que debería provocar que los neutrinos llegasen 32 nanosegundos antes. Pero esto debe duplicarse, dado que se genera el mismo error en cada extremo del experimento. Por lo que la corrección total es de 64 nanosegundos, casi exactamente lo que observó el equipo de OPERA.
Esto es impresionante, pero no como para decir que el caso está cerrado. La revisión por pares es una parte esencial del proceso científico, y este argumento debe mantenerse bajo el escrutinio de la comunidad en general y del equipo de OPERA en particular.
Si se mantiene, este episodio estará cargado de ironía. Lejos de romper la Teoría de la Relatividad de Einstein, la medida por encima de la velocidad de la luz resultará ser otra confirmación de la misma.
Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1110.2685: Times Of Flight Between A Source And A Detector Observed From A GPS Satellite.
Artículo traducido y posteado en Ciencia Kanija, el original se publicó en Technology Review.