El sprint de los neutrinos (I)

Llevamos unos días con el mundo de la ciencia algo alarmado. Y no es para menos, la verdad. Como seguro habréis escuchado, unos científicos de CERN observaron en un experimento llevado a cabo el jueves 22 de septiembre un hecho extraordinario: vieron cómo unos neutrinos se aceleraban hasta una velocidad superior a la de la luz. Esto, dicho así de golpe puede no significar nada, pero hoy intentaré explicar las posibles consecuencias de los resultados del experimento OPERA. En la imagen siguiente podemos ver qué recorrido siguieron estos huidizos neutrinos acelerados a través de 732 km entre Suiza e Italia.

Recorrido que siguen los neutrinos en el experimento OPERA.

Hay que pensar que las tecnologías que se utilizan en el CERN (centro de investigación situado en Suiza) son tecnologías frontera, de lo más avanzada y están en fases de desarrollo y no son absolutamente eficazes. Pero antes de adentrarnos en el experimento de la semana pasada, vamos a ver algo de historia de la relatividad para entender bien qué pasa con estos neutrinos tan rápidos, y por qué hay tanto revuelo con ellos.

Empecemos por, más o menos, el principio. Mucho antes de Einstein, reinaba en el mundo de la ciencia lo que llamamos Mecánica Clásica. La mecánica clásica, que básicamente se establece gracias a las aportaciones de Newton, describe el comportamiento de cuerpos macroscópicos y a velocidades pequeñas (no cercanas a la luz). La mecánica clásica se basa en unos principios que hasta hace un tiempo parecían correctos, como el hecho de que el tiempo es absoluto: independientemente de la situación, el tiempo pasa de la misma forma y a la misma velocidad.

Hasta aquí todo parecía normal, y la verdad es que la mecánica Newtoniana funciona para las situaciones de la vida cotidiana, para partículas macroscópicas y que se mueven a velocidades bastante bajas. La mecánica Newtoniana no es más que la manera que tenía Newton de explicar el movimiento de cuerpos en el el espacio (tridimensional). En realidad, esta forma de pensar es bastante lógica, y lo veréis con el siguiente ejemplo:

Si yo, que voy en un coche a 60 km/h me cruzo con otro que viene en sentido contrario a 100 km/h, des de mi punto de vista yo veo que ese coche se acerca a mí a una velocidad de 160 km/h.

Esto parece de lo más lógico, y de hecho es "válido" (con un error muy pequeño, casi despreciable) para cuerpos grandes y "lentos", como ya he dicho anteriormente. En realidad estas leyes de movimiento no fueron definitivas y hubo alguien que las puso un poco en duda. Pero antes veamos por qué.


Hasta entonces había muchas teorías sobre qué era exactamente la luz. Algunos, como el mismo Newton decían que ésta estaba compuesta por pequeñas partículas, diminutos cuerpos que iban y rebotaban. Además nuestros ojos serían sensibles a esas partículas. Otros, como Huygens, decían que ésta era una forma de onda (como el sonido). Ahora no vamos a explicar qué es una onda, pero si voy a decir que un científico de origen escocés hizo grandes avances en cuanto a este tema: él se llamaba James Clerk Maxwell.


No muy conocido por la mayoría, Maxwell consiguió, de manera totalmente teórica y sin hacer ningún experimento, unir todas las teorías que había hasta entonces de electricidad y de magnetismo. Hizo, nada más y nada menos, que unir lo que entonces eran 20 ecuaciones que describían estos fenómenos en tan solo 4 ecuaciones, matemáticamente perfectas. Después de esta hazaña se unieron electricidad y magnetismo en un sólo concepto: electromagnetismo. Maxwell predijo la existencia de ondas electromagnéticas y también puntualizó que la luz no era más que un tipo de éstas. Más adelante se vio que no sólo eran ondas electromagnéticas, sino que a veces la luz era como una partícula, a la que llaman fotón.

Representación de la luz como una onda electromagnética: las zonas rojas representan el campo eléctrico y las azules el campo magnético

El problema con la mecánica clásica empezó aquí: Maxwell no fue capaz de incluir el movimiento de las ondas electromagnéticas (que se mueven a la velocidad de la luz) dentro del comportamiento que describía la mecánica de Newton. Más tarde vino Hendrik Antoon Lorentz para intentar resolver el problema. Lo que hizo básicamente fue idear un sistema para poder explicar qué pasa con el movimiento entre observadores que se mueven a velocidades cercanas a las de la luz. Ideó lo que se hoy se conocen como las transformaciones de Lorentz y entonces se observó algo interesante: en una de las fórmulas, si suponemos que algo viaja más deprisa que la luz, obtenemos una incoherencia matemática. Este fue uno de los principales antecedentes de la posterior teoría de la relatividad.


Hasta aquí hemos visto cómo Newton ideaba un sistema de mecánica de movimientos y cómo Maxwell no fue capaz de describir las ondas electromagnéticas usando la mecánica clásica. Fue entonces cuando Lorentz solucionó un poco el problema y ya vio que eso de que algo fuera más rápido que la luz sería bastante imposible. En la próxima entrada hablaremos un poco por encima sobre la relatividad, sobre el experimento de los neutrinos y por qué el hecho de que viajen más rápido que la luz puede ser un problema.


Espero que después de hoy ya estéis con ganas de ver la segunda parte. Hasta la próxima!