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  Enigma dos neutrinos  18 Out 2011

Passou-se quase um mês desde a extraordinária notícia que neutrinos que viajavam entre a França e a Itália foram medidos com uma velocidade superior à da luz. A experiência, conhecida como OPERA, descobriu que partículas produzidas no CERN, perto de Genebra, chegavam ao Laboratório Gran Sasso em Itália cerca de 60 nanosegundos mais cedo do que a velocidade da luz permite.

O resultado espalhou-se como um tsunami, criando uma onda de agitação por toda a comunidade da Física. Desde aí, foram publicados mais de 80 artigos no site arXiv que tentavam desacreditar ou explicar o efeito. É justo dizer, no entanto, que o consenso geral é que a equipa da experiência OPERA deve ter negligenciado qualquer coisa.

A semana passada, Ronald van Elburg da Universidade de Groningen, nos Países Baixos, escreveu um argumento convincente onde explica o erro. Primeiro, um resumo da experiência, que tem um conceito simples: é uma medição de distância e tempo. A distância é elementar. A localização da produção de neutrinos no CERN é relativamente fácil de medir usando GPS. A posição do Laboratório Gran Sasso é mais difícil de determinar pois situa-se por baixo de uma montanha com um quilómetro de altura. No entanto, a equipa da OPERA diz que determinou a distância de 730 km com um erro de 20 cm.
A duração da viagem dos neutrinos é que é complicada de medir. A equipa diz que consegue medir com precisão o instante em que os neutrinos são criados e o instante em que são detectados usando relógios em ambos os locais.

A parte complicada é manter ambos os relógios exactamente sincronizados. A equipa fá-lo usando satélites GPS, que emitem um sinal horário imensamente preciso a partir de órbita, a cerca de 20.000 km da Terra. Isto introduz um número de complicações extra que a equipa tem que ter em conta, tal como o tempo de viagem dos sinais GPS para o chão.

Mas van Elburg diz que existe um efeito que a equipa da OPERA parece ter-se esquecido: o movimento relativista dos relógios dos satélites GPS.

É fácil pensar que o movimento dos satélites é irrelevante. Afinal de contas, as ondas de rádio que transportam o sinal horário viajam à velocidade da luz, independentemente da velocidade dos satélites.

Mas existe uma subtileza adicional. Embora a velocidade da luz não dependa do quadro de referência, a duração da viagem sim. Neste caso, existem dois quadros de referência: a experiência na Terra e os relógios em órbita. Se estes se movem relativamente um ao outro, então este movimento tem que ser tido em conta.

Qual é então o movimento dos satélites em relação à experiência OPERA? Estes satélites orbitam de Oeste para Este num plano inclinado a 55º do equador. Significativamente, estão quase em linha com a direcção da viagem dos neutrinos. O seu movimento relativo é então fácil de calcular.

Então, do ponto de vista do relógio a bordo de um satélite GPS, as posições da fonte de neutrinos e do detector estão a mudar. "Da perspectiva do relógio, o detector move-se para a frente da fonte e consequentemente a distância viajada pelas partículas, a partir do ponto de vista do relógio, é mais pequena," afirma van Elburg. Com isto quer ele dizer que mais pequena é a distância medida no quadro de referência no chão. A equipa da OPERA não tem em conta este pormenor porque assume que os relógios estão no chão e não em órbita.

Quão grande é este efeito? Van Elburg calcula que deve fazer com que os neutrinos cheguem 32 nanosegundos mais cedo. Mas este valor tem que ser duplicado porque os mesmos erros ocorrem em cada ponta da experiência. Por isso a correcção total é 64 nanosegundos, quase o valor observado pela equipa da experiência OPERA.

Isto é impressionante mas não arrumemos imediatamente o problema. É essencial mais análise por outras equipas como parte do processo científico e este argumento tem que ter força perante o escrutínio da comunidade global e em particular pela equipa da OPERA.

Se se aguentar, este episódio estará carregado com ironia. Longe de quebrar a teoria da relatividade de Einstein, esta medição superluminal será ainda mais outra confirmação da mesma.
Núcleo de astronomia
Centro Ciência Viva do Algarve



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Impresso em 29/6/2017 às 8:22

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