Neutrinos superluminicos y efecto Cerenkov

Se encuentran dos amigos de la infancia, uno es filósofo y el otro físico. El filósofo le pregunta al físico: ¿Es verdad que existen partículas que pueden viajar más rápido que la velocidad de la luz?. El físico responde inmediatamente: Por supuesto que sí.

Filósofo: Entonces Einstein estaba equivocado.

Físico: No, tenía razón. Y todos los experimentos demuestran que continúa teniendo razón.

Filósofo: No lo entiendo, tú mismo me has dicho que hay partículas que viajan más rápido que la luz y nada puede viajar más rápido que la luz según Einstein.

Físico: El error no está en mi respuesta, sino en tu pregunta.

Filósofo: Como?

Físico: Has obviado un pequeño detalle, la teoría de la relatividad de Einstein dice que nada puede viajar más rápido que la luz…en el vacío. En un medio material, como el aire por ejemplo, los rayos cósmicos viajan más rápido que la luz…en el aire. NO EN EL VACIO.

 Este pequeño detalle es lo que han utilizado Andrew Cohen y Sheldon Glashow, en un artículo, para demostrar que el experimento entre el CERN y Gran Sasso no pudo generar neutrinos que viajasen a velocidades superiores a la de la luz…en el vacío.

Para demostrarlo han utilizado el comportamiento de los rayos cósmicos, procedentes del medio galáctico, cuando penetran en la atmósfera terrestre. Estos rayos producen lo que se denomina radiación Cerenkov. Al incidir los rayos en los átomos de la atmósfera producen otras partículas, que a su vez producen otras partículas, creándose tan gran cantidad que son detectables en la superficie terrestre.

Apliquemoslo a los neutrinos. Supongamos, para hacerlo más fácil, que tenemos dos neutrinos. El primero se mueve en el medio interestelar a la velocidad de la luz en el vacío. El segundo se encuentra en la atmósfera y se mueve a velocidad superior a la de la luz en el aire. ¿Qué diferencia hay entre los dos?.

El primer neutrino viaja a la máxima velocidad disponible, nada puede viajar más rápido. ¿Qué consecuencia conlleva la velocidad máxima?, Muy sencillo, no puede desintegrarse en otras partículas. Si lo hiciese, violaría el principio de la conservación de la energía y de la cantidad de movimiento. ¿Por qué? . Veámoslo por reducción al absurdo.

Esto significa, supongamos que podría desintegrarse, ¿qué pasaría con la energía y la cantidad de movimiento del neutrino?.

Para desintegrarse tiene que “escupir” otras partículas, unas hacia delante y otras hacia atrás. Pero no puede escupir hacia delante, recuerde que nada puede viajar más rápido que él, entonces nada puede salir hacia delante. ¿Y hacia atrás?. Pues tampoco, si lo hiciera seria como un cohete que se impulsa lanzando gases hacia atrás para impulsarse hacia delante. El neutrino si lanzase partículas hacia atrás él se vería impulsado hacia delante a más velocidad…pero recuerde…nada puede viajar más rápido, ya va a la máxima velocidad posible. Entonces no puede “escupir” hacia atrás tampoco.

En cambio el neutrino que se mueve en el medio material, viaja a más velocidad que la luz en este medio y puede tranquilamente lanzar partículas hacia delante y hacia atrás. El neutrino puede desintegrarse en otras partículas.  

Este proceso en el que partículas viajando más rápido que la luz en un medio material emiten otras partículas se conoce como efecto Cerenkov. Se produce constantemente en los reactores nucleares, es el típico brillo azul.

Pues bien, los neutrinos procedentes del CERN, que se supone viajaron un poco más rápido que la luz, no se desintegraron en otras partículas. ¿Por qué no se desintegraron? La respuesta es muy sencilla, no podían, viajaban a la máxima velocidad posible, la de la luz…en el vacío.