Neutrins, més ràpids que la velocitat de la llum?

Científics de la col·laboració OPERA han descobert en un estudi recent (http://arxiv.org/abs/1109.4897) que els neutrins (tipus de partícula elemental) viatgen més ràpid que la velocitat de la llum, concretament, 60ns -nanosegons- (0.00000006 segons) més ràpid. Sembla poquíssim, però molts dels aparells tecnològics d'avui en dia tenen una precisió molt més gran (o sigui, que poden mesurar de sobres aquesta quantitat -60ns-). De confirmar-se el resultat per altres experiments, o si més no, passar el vist i plau de la comunitat científica, seria un resultat espectacular, modificaria completament la nostra comprensió de l'univers, refutant per exemple la teoria de la relativitat d'Einstein, violant relacions de causa efecte (causalitat) o fins i tot, permetent que partícules viatgessin cap al passat!

Avui a les 16h hi ha hagut al CERN un seminari, on un respresentant de la col·laboració OPERA ha exposat els seus resultats, i ha acabat amb un munt d'aplaudiments i amb molts científics força convençuts de la veracitat de l'estudi. Ara bé, la feina no s'ha acabat, els científics d'OPERA seguiran millorant l'anàlisi, i a més, esperen un intens escrutini per part de la comunitat científica per verificar o descartar aquest resultat.

Els neutrins són partícules que interactuen molt poc amb la matèria, cada dia, milions de neutrins travessen la terra sense tocar-la! Aquest fet en fa molt difícil l'estudi, ja que es necessiten molts neutrins per detectar-ne almenys un. Ja fa uns anys es va descobrir que tenien massa observant oscil·lacions entre les diferents espècies de neutrins. Aquesta massa és minúscula, però no zero com prediu el model estàndard. I ara, tot sembla indicar que aquesta petita partícula ens torna a desmuntar una altra gran teoria, la relativitat.

Com se sap que el neutrí viatja més ràpid que la llum? Doncs molt fàcil v=d/t (velocitat=distància/temps). Si suposem que totes les partícules es mouen a la velocitat de la llum (v=c) podem saber quin és el temps (t) necessari per recórrer una distància (d) determinada. Si el temps que mesurem és més petit que el previst (suposant v=c) llavors vol dir que les partícules viatgen més ràpid (v>c).

Per fer-ho han utilitzat més de 16.000 neutrins que s'han llançat des del CERN (a Ginebra) cap al Gran Sasso (a Italià, prop de L'Àquila) entre el 2009 - 2011. La distància entre els dos punts l'han mesurat gràcies a un estudi geològic (realitzat en bona part, gràcies a GPS) que dona com a resultat una distància de 731.278m amb 20 cm d'error (a determinats llocs l'error era tant petit que van poder mesurar la deriva continental i vibracions del terreny de 7cm degut al terratrèmol de l'Àquila). Després, han mesurat el temps des què el neutrí surt del CERN fins que arriba a Gran Sasso, i per fer-ho s'han basat en dos sistemes independents: GPS i rellotges atòmics. La mesura del temps no és trivial, ha calgut calibrar i sincronitzar tots els rellotges, o sigui, assegurar-se que tots els rellotges anaven igual, si ja és difícil que el rellotge de la cuina funcioni igual que el del menjador imagineu-vos dos rellotges a més de 700km i que han d'anar iguals en 1ns (0.000000001s)!

Així doncs, finalment, han trobat que els neutrins arribaven 60ns abans del que hauria arribat la llum! Això implica que la velocitat del neutrí és superior a la de la llum en 20 parts per milió. A sota hi ha un esquema del procediment

Coses més tècniques

Els neutrins es generen a través de la desintegració de protons provinents d'un dels accelerador de partícules del CERN (l'SPS). Aquests decauen ('es transformen') en kaons o pions (un altre tipus de partícula formada per un quark i un antiquark) que decauen a la vegada a un muó (partícula elemental) i a un neutrí (muònic). Aquest últim, a causa de la seva baixa massa, surt pràcticament en la mateix direcció de la partícula de què decau. Per això diem que tenim un feix de neutrins que s'anomena CNGS (CERN Neutrino Gran Sasso) perquè es produeixen al CERN i van cap a Gran Sasso. A sota hi ha un esquema de la instal·lació CNGS.

Els neutrins no es detecten, però sí el muó que l'acompanya. Així, cada cop que es detecta un muó es pot dir que hi ha un neutrí que s'ha generat al CNGS (veure figura de sobre). I per saber quan ha arribat un neutrí a Gran Sasso, es detecten les partícules a què decau el neutrí (taus i muons majoritàriament). Això és el que es fa al LNGS (Laboratori nacional del Gran Sasso) amb el detector OPERA.

Un altre aspecte que podria ser preocupant és el punt de partida del neutrí (el punt exacte on es genera), que no es coneix. Així que s'agafa com a origen el punt en què els protons són injectats al CNGS. Això crea una incertesa que es tradueix en un error en la mesura a causa d'aquests 100-1000m de diferència entre l'origen del neutrí i l'origen que nosaltres agafem. Aquest error és de 0.2ns, que és negligible enfront dels 60ns.

Un punt important per assegurar-nos que els rellotges estan sincronitzats és la distribució d'origen i final dels neutrins: com a origen s'agafa la distribució de protons (línia vermella) i com a final la distribució d'esdeveniments detectats a OPERA (punts) ja que els neutrins no es detecten. A sota es pot veure les dos distribucions abans (a dalt) i després (a baix) d'estar calibrades.

La diferència de temps que surt al gràfic de sobre, els 1048.5ns, és el temps que tardaria la llum a recórrer la distància entre el CERN i Gran Sasso (TOF -time of flight-), si li restem el que tarden els neutrins (tenint en compte totes les correccions derivades de la mesura temporal o de la mesura de la distància) apareix:

δt = TOFc –TOFν = 1048.5 ns – 987.8 ns = (60.7 ± 6.9 (stat.) ± 7.4 (sys.)) ns

S'obté finalment (amb una significancia de 6.0 σ):

(v-c)/c = δt /(TOF’c - δt) = (2.48 ± 0.28 (stat.) ± 0.30 (sys.)) ×10-5

CP Violation

Quan em pregunten de què treballo no tinc una resposta fàcil. Puc dir que sóc físic, físic de partícules concretament; però sempre m'acaben dient: 'I això, què és? Què fas exactament?'. I alguna cosa els intento explicar. Ahir, afortunadament, vaig acabar el capítol de teoria de la meva tesi, i ara em sento amb ganes d'explicar de forma breu i clara alguna cosa sobre la física de partícules.

Un tema fonamental en la física de partícules és la 'Violació de CP', o el que és el mateix: diferències entre matèria i antimatèria. Per què és important? us preguntareu... A l'inici, l'univers era tot energia i ara està fet de matèria i no d'antimatèria. Si tenim en compte que l'energia es pot convertir en una parella partícula-antipartícula, alguna cosa devia passar perquè es produís més matèria que antimatèria (per això nosaltres existim!). Això és el que la violació de CP intenta explicar. D'on ve aquest nom? CP es refereix a Càrrega i Paritat: La Paritat (P) fa referència a la 'imatge a través d'un mirall' d'una partícula -algunes propietats (com l'helicitat) són diferents quan te les mires per un mirall-, la Càrrega (C) elèctrica també diferencia una partícula de la seva antipartícula. Així, si sobre una partícula fas una transformació de CP (canvies la càrrega i te la mires per un mirall) obtens l'antipartícula i viceversa. Quan hi ha una violació de CP és quan hi ha asimetries entre la matèria i l'antimatèria sota transformacions de CP (per exemple: més antipartícules es convertiran en partícules que partícules en antipartícules).

Hi ha tres tipus de 'Violació de CP', o tres formes diferents d'observar diferències entre matèria i antimatèria. Avui n'explicaré una: la 'Directa' o 'Violació de CP en el decaïment'. Aquesta ens diu que el decaïment (o 'desintegració') d'una partícula a dues (o més) partícules és diferent del decaïment de la seva antipartícula. Un exemple el podem trobar en els resultats obtinguts fa poc pel detector LHCb, entre el decaïment del B0 que passa a ser K+ pi- i de la seva antipartícula, l'anti-B0, que es converteix en K- pi+. Al gràfic de sota es pot veure el nombre de B0 (esquerra) i anti-B0 (dreta) reconstruides a partir de les seves filles (kaons i pions) sota les mateixes condicions. Es veu clarament (mirant l'altura dels pics) que el nombre d'anti-B0 és inferior al de B0. Aquesta asimetria entre la quantitat de matèria (B0) i d'antimatèria (anti-B0) és una violació de CP.

Concretament, a l'histograma es pot veure el nombre de decaïments (eix Y) del B0 a K+ pi- (o de l'anti-B0 a K- pi+ a la dreta) amb un certa massa (eix X). El màxim del pic correspon a la massa del B0, o de l'anti-B0, que és la mateixa. Pel que fa als colors, el vermell representa la 'senyal', o sigui els autèntics decaïments de B0 a K pi; el blau correspon a l'ajust total, on es té en compte totes les contribucions incloent-hi el 'soroll' (o 'background') que són altres esdeveniments similars que han passat la nostra selecció però que en cap cas corresponen a successos del tipus B0 a K pi i que estan representats pels altres colors. Així doncs, l'asimetria es veu quan comparem els dos pics vermells, ja que el B0(esquerra) decau més cops que l'anti-B0(dreta).

L'escola en català, ara i sempre

Aquests últims dies s'ha posat en dubte la legalitat de la immersió lingüistica a Catalunya, un sistema implantat per unanimitat amb la volta de la democràcia a Catalunya. Aquesta immersió, a part de salvar la nostra llengua després de segles d'opressió, ha estat el principal element d'integració i de cohesió de la societat catalana, una societat d'origens molt diversos que ha conviscut durant aquest temps sense cap mena de problema lingüístic. A Catalunya som bilingües, parlem dues llengües sense cap problema. I això, és gràcies a la immersió lingüística. Els nens/es amb un dels pares catalano parlant i l'altre castellano parlant ja són bilingües de per sí. Però el model actual garanteix que tots ho puguem ser. Un nen/a de pares catalano parlants, a part de saber català aprèn el castellà a l'escola i també l'aprèn de la societat, ja sigui per la televisió o pels carrers, on el castellà s'utilitza molt, sobretot a les grans ciutats. En canvi, un nen/a de pares castellano parlants, o un nouvingut, apren català gràcies a la immersió lingüística. Segurament moltes d'aquestes persones no senten la "necessitat" d'aprendre'l per "sobreviure" en aquest país. Així doncs, sense la immersió lingüística, la majoria de nens/es castellano parlants o d'immigrants no podria tenir un domini adequat del català, ja que en alguns indrets del nostre territori, els resultaria molt difícil trobar un ambient on es parli 100% català, per poder així aprendre la llengua.

Jo, que sóc catalano parlant i em moc en un ambient catalano parlant, no conec ningú que no sàpiga parlar el castellà, tot i que sí conec gent que no sap parlar el català. La immersió lingüística garanteix, doncs, que tots els nens/es tinguin un domini més que adequat de les dues llengües d'aquest país, tal com es veu en les proves europees PISA. És un model d'èxit reconegut internacionalment, que no segrega, sinó que integra i cohesiona.

D'altra banda, també cal dir que el català és una part fonamental de la nostra cultura i de la nostra nació, per no dir la més important. En cap altre país del món una persona es pot integrar tant fàcilment: vivint a Catalunya i parlant català, una persona es pot considerar i és considerada catalana.

La Diada de Catalunya

El 11 de Septiembre se celebra cada año la 'Diada Nacional de Catalunya', que en ningún caso simboliza, como muchos creen, la derrota de la Corona Catalano-Aragonesa (o Catalunya) contra Castilla, sino que es uno de los últimos actos de la Guerra de Sucesión Española que tuvo lugar del 1701-1715. El 11 de Septiembre de 1714, las tropas de Felipe V entraban en la ciudad de Barcelona después de 14 meses de sitio, ciudad que junto con otras ciudades del entonces imperio español, defendian los derechos de sucesión del archiduque Carlos de Austria. Cabe decir, que entre los partidarios de Felipe V también habia ciudades de la antigua Corona Catalano-Aragonesa, como la ciudad de Cervera, a la que se premió por su fidelidad con una universidad. Poco después de la caída de Barcelona, que pone fin a la guerra de sucesión, se promulga el Decreto de Nueva Planta y se implanta un sistema político uniforme en casi todos los territorios, lo que conlleva la abolición de las instituciones y de las libertades civiles catalanas.

Durante los más de 2 siglos siguientes, la lengua, las tradiciones, las instituciones y otras libertades civiles catalanas fueron, en distintos grados y/o momentos, prohibidas, abolidas, perseguidas y/o castigadas. Con pocas excepciones como la creación de la 'Mancomunitat de Catalunya' o con la instauración de la II República, no fue hasta después de la muerte de Franco, en 1980, cuando se restauró el 'Parlament de Catalunya', que Catalunya recuperó la normalidad con la vuelta de nuestras libertades civiles.

Así pues, el 11 de Septiembre celebramos, que a partir de la pérdida de nuestras libertades se forjó un sentimiento colectivo de nación, de país, que va más alla de las fronteras y que está ahí donde están nuestras conciencias. Celebramos que, después de casi 3 siglos de opresión, hemos sido, somos y seguiremos siendo una nación, ya seamos españoles, franceses o un estado independiente. Celebramos el nacimiento de una conciencia colectiva como pueblo catalán capaz de perdurar ante cualquier adversidad.