Es pot superar la velocitat de la llum?

La velocitat d’un cos és relatiu al punt de vista de l’espectador. Imaginem que viatgem d’empeus damunt d’un vagó de tren que viatja a 100 Km/h a través d’un camp. Tenim una pilota a les mans i la llencem endavant a una velocitat de 30 Km/h. Des del nostre punt de vista la pilota viatjarà a 30 Km/h, però des del punt de vista d’algú que s’ho estigui mirant des del camp, la pilota viatjarà a 130 Km/h (que em perdonin els físics, però per fer els números rodons he obviat la resistència oposada per l’aire). Aquesta propietat és vàlida per tots els cossos que es moguin en el buit, però presenta una important contradicció en el cas de la llum. Imaginem que som el maquinista del tren i que veiem una persona aturada al mig de les vies. La imatge d’aquesta persona viatjarà cap a nosaltres a la velocitat de la llum, però -ai las!- els fotons de llum que venen del sol rebotaran al tren i sortiran projectats a la velocitat de la llum més la que porta al tren (igual que passava en el cas de la pilota), de manera que la imatge del tren viatjarà cap a la persona a una velocitat superior, i aquesta persona ens veurà creuar els pals de la catenària un pèl abans de que hi arribem realment. Aquesta paradoxa va fer arrufar el nas als científics de finals del s.XIX i principis del s.XX, fins que el conegut Nobel de física Albert Einstein, entre d’altres, va presentar a la comunitat científica una demostració del que s’ha anomenat com la Teoria especial de la relativitat, un dels postulats de la qual diu que la velocitat de la llum és constant i independent del punt de vista de l’observador. Aquesta afirmació va conduir a nombroses conclusions, entre les quals una de les més rellevants és la que diu que la velocitat de la llum no es pot superar. No és l’objectiu d’aquest post abordar les conseqüències que aquesta teoria ha tingut en la física moderna, però no són poques les teories i càlculs que parteixen d’aquesta afirmació.

La tardor del 2011, però, la premsa científica es va fer ressò d’uns resultats experimentals que podrien invalidar aquest postulat. L’experiment havia sorgit d’una col·laboració entre el CERN (Organització Europea per la Recerca Nuclear, a Suïssa) i el Laboratori Nacional del Gran Sasso (Itàlia), i tenia per objectiu descriure el comportament d’una partícula subatòmica anomenada neutrí. Aprofitant el fet de que el neutrí rarament interacciona amb la matèria, el feix de partícules generat a l’accelerador que el CERN té Ginebra havia de ser llençat a través de l’escorça terrestre en direcció a Itàlia, on un altre instrument, situat sota terra a la ciutat de Gran Sasso, en detectaria l’arribada. Tal i com indica la figura de més avall, el sistema estaria calibrat mitjançant una mateixa senyal GPS. Tot i que l’objectiu principal de l’experiment era observar com es va transformant el neutrí durant el trajecte de 730 Km que separa l’emissor del detector, els científics es van trobar amb la sorpresa de que el neutrins havien fet el viatge en un periode de temps lleugerament inferior al que trigaria la llum (concretament, unes sis mil milionèssimes de segon més ràpid). Com era d’esperar, la notícia va saccejar el món de la física que, amb més o menys escepticisme, van parar les orelles a aquest desafiament de la teoria de la relativitat.

Esquema de l’experiment i mapa on es mostra el recorregut realitzat pel feix de neutrins a través de l’escorça terrestre

Un any més tard, però, el mateix grup de recerca va fer públic un error que hauria donat com a resultat la sobreestimació de la velocitat de la partícula. L’origen d’aquesta petita desviació va ser un detall aparentment tan absurd com la mala connexió d’un dels cables de fibra òptica del receptor GPS. Mirat des de fora pot semblar un error injustificable en un grup de recerca de tan alt nivell, però el cas és que quan l’equip de Sergio Bertolucci va publicar l’espatarrant resultat sobre la superació de la velocitat de la llum, feia ja tres anys que l’havien obtingut i s’havien dedicat a revisar una vegada i una altra l’experiment en busca de possibles problemes. No es pot dir, doncs, que els investigadors hagin estat precipitats o poc corosos, sinó més aviat que quan es du a terme un experiment en un banc de proves de 730 Km de longitut, amb tota la sofisticació electrònica d’un accelerador de partícules com el del CERN, i mesurant el temps en ordres de magnitut de mil milionèssimes de segon, qualsevol pas en fals pot capgirar un resultat.

Les veritats científiques. Defensa Jorge Wagensberg al seu llibre “Ideas para la imaginación impura” que les veritats científiques són, per definició, caduques. Podríem dir que són aquella explicació d’un fenomen que és el més verosímil possible i alhora compatible amb totes les evidències experimentals. Però n’hi ha prou amb una sola evidència experimental que contradigui aquesta veritat per enderrocar-la i plantejar de nou el problema. El cas dels neutrins que pressumptament superaven la velocitat de la llum és un bonic exemple d’aquesta ciència ben entesa. Per una banda, el fet que la pròpia comunitat científica estigui oberta a la possibilitat de que la teoria de la relativitat sigui incompleta o tingui errors, i per l’altra, l’actitut dels propis investigadors que, tot i els resultats obtinguts, no van parar de buscar possibles errors que posessin en tela de judici el seu propi resultat. Aquest és, per mi, el camí de la bona ciència.

Referències
Explicació al web del projecte
High Energy Physics 2011 arXiv:1109.4897