A maneira infalível de nunca encontrar nada de novo na ciência

O envio de quaisquer partículas através de centenas de quilômetros de espaço deve sempre resultar em partículas chegando não mais rápido do que um fóton. A colaboração OPERA observou um resultado mais rápido há alguns anos. Crédito da imagem: colaboração OPERA; T. Adam et ai.

Se você souber a resposta antes mesmo de começar, é melhor nem tentar.


Tenho dificuldade em acreditar, porque nada na Itália chega antes do tempo. – Sergio Bertolucci, diretor de pesquisa do CERN, sobre neutrinos mais rápidos que a luz



Já se passaram cinco anos desde que a colaboração OPERA anunciou um resultado bizarro, inesperado e talvez revolucionário para um experimento normal: partículas foram observadas movendo-se mais rápido do que a velocidade da luz – o limite máximo de velocidade cósmica – permitiria. A maneira como o experimento funcionou foi simples, pois os neutrinos gerados no Grande Colisor de Hádrons foram enviados pela Terra (para que todas as outras partículas fossem absorvidas pela matéria intermediária) e depois detectados a centenas de quilômetros de distância em uma configuração muito complexa. A hora de chegada deveria ter sido muito precisa: 2,4 milissegundos após a colisão que os gerou, com uma precisão incrível. Neutrinos, de massa tão baixa e energia tão alta, deveriam viajar a uma velocidade indistinguível de c , A velocidade da luz. Em vez disso, os neutrinos chegaram 60 nanossegundos (6 × 10^-8 segundos) mais cedo do que deveriam, desencadeando uma enxurrada de artigos, especulações e explicações malucas. O resultado foi contra um século de experimentos e uma de nossas teorias mais consagradas e bem verificadas: a relatividade de Einstein.





O caminho dos neutrinos produzidos no CERN e detectados na Itália. Crédito da imagem: OPERA / INFN / CERN.

A resolução acabou sendo banal: houve um erro com a configuração experimental na forma de um cabo solto. Quando tudo foi encaixado corretamente, a anomalia desapareceu e a diferença entre os tempos de chegada previstos e medidos foi reduzida para<1 nanosecond. You might think that this is evidence for poorly executed science, but nothing could be further from the truth. Other collaborations had measured the speed of travel for neutrinos under various energy conditions previously, obtaining a tight constraint that was indistinguishable from the speed of light. When OPERA came along, they measured a very different result — an outlier result — for a parameter that had already been previously measured. They couldn’t account for that anomalous result, but they couldn’t find a flaw in what they had done. They published it anyway, even though another collaboration using the same neutrinos, ICARUS, had measured the speed of those neutrinos and found it to be consistent with c .



As várias restrições nas partidas da velocidade do neutrino da velocidade da luz de vários experimentos. Todos os experimentos exibem limites superiores, exceto para detecção positiva espúria do OPERA. Crédito da imagem: M. Strassler (2011), modificado por E. Siegel para incluir ICARUS e refutar a alegação inicial do OPERA.



Isso foi realmente incrível! Não era incrível porque era inacreditável; foi incrível porque se tratava de um experimento cujos resultados deveriam ser conhecidos de antemão. Foi incrível porque sabíamos o quão rápido os neutrinos deveriam viajar. E, no entanto, seus experimentos/observações não se alinharam com os resultados esperados, e eles não forçaram os dados a se encaixarem na teoria . Teria sido uma coisa fácil de fazer, para:

  • observe que seus resultados não se encaixam no que o resultado conhecido deveria ter sido,
  • procurar possíveis fontes de erros/problemas sistemáticos até que seu resultado tenha regredido ao valor esperado,
  • e então publicar um artigo que se alinhasse com o resultado aceitável.

Mas eles não o fizeram. Eles olharam para o que encontraram, viram que não estava alinhado e publicaram mesmo assim. Um relato interessante pode ser encontrado no romance de Gianfranco D'anna, 60,7 nanossegundos: um instante infinitesimal na vida de um homem .



A lei da gravitação universal de Newton foi substituída pela relatividade geral de Einstein, mas ambas as teorias ainda se baseiam na constante gravitacional, G. Crédito da imagem: usuário do Wikimedia commons Dennis Nilsson.

É assim que a ciência avança. 30 anos atrás, a constante gravitacional (Newton's G ) era conhecido por ser de cerca de 6,6726 × 10^-11 N · kg²/m², onde diferentes experimentos mediriam resultados como:



  • 6,67274 × 10^-11,
  • 6,67248 × 10^-11,
  • 6,67281 × 10^-11, e
  • 6,67263 × 10^-11.

Eles estavam todos muito próximos, com algumas pequenas variações, mas que apontavam para a mesma figura abrangente. E todos eles citaram erros de cerca de ± 0,00020 × 10^-11 ou mais. E então, cerca de 15 anos atrás, uma nova medição saiu para G : 6,674 ± 0,001 × 10^-11. Estava muito longe dos outros valores; tinha um erro muito maior; e, além disso, era repetível. Os outros experimentos mostraram-se todos errados, juntos.



As observações originais de 1929 da expansão do Universo pelo Hubble, seguidas por observações subsequentemente mais detalhadas, mas também incertas. Crédito da imagem: Certo, Robert P. Kirshner, (http://goo.gl/C1d7EF); À esquerda, Edwin Hubble.

O mesmo aconteceu com o parâmetro de Hubble (H_0): o parâmetro físico que mede a recessão das galáxias e a taxa de expansão do Universo. Na década de 1960, era geralmente considerado cerca de 50 a 55 km/s/Mpc, com uma incerteza de cerca de ± 5. Todos os artigos publicados nessa época por mais de uma década — seguindo a liderança de Allan Sandage - acordado. Então, no início dos anos 1980, uma nova equipe, liderada por Gerard de Vaucouleurs, afirmou que H_0 era de cerca de 100 km/s/Mpc, com uma incerteza de cerca de ± 10. Por mais de uma década, essas duas equipes discutiram e lutaram, com um camp reivindicando 50 e o outro reivindicando 100, sem nenhum grupo se mexer. Não foi até que o telescópio espacial Hubble (que recebeu esse nome por causa de seu principal objetivo científico de resolver o debate) retornou os principais resultados do projeto. Sua descoberta? H_0 foi 72 ± 7; ambos os campos estavam errados.



Resultados gráficos do Projeto Chave do Telescópio Espacial Hubble (Freedman et al. 2001). Crédito da imagem: Figura 10 de Freedman e Madore, Annu. Rev. Astron. Astrotrofias. 2010. 48: 673-710.

A ciência não se trata de acertar na primeira vez, nem de obter um resultado alinhado com o que todo mundo descobriu. Sim, na maioria das vezes os resultados mais antigos estão corretos, mas você não presta um serviço a ninguém esperando um resultado específico antecipadamente. Neste momento, há uma nova tensão interessante em H_0, por exemplo: as medições do CMB indicam cerca de 67; medições de galáxias e estrelas indicam cerca de 74. Há tensões na quantidade de matéria escura e energia escura: alguns grupos afirmam 25% e 70%, respectivamente; alguns estão mais longe em 20% e 75%; outros estão mais próximos em 30% e 65%. Você contabiliza sua sistemática da melhor maneira possível, realiza seu experimento e publica seus resultados, não importa quais sejam. Eles podem não estar alinhados com os outros resultados da época, mas isso não é necessariamente uma coisa ruim. O novo e remoto ponto de dados que você produziu pode ser uma evidência de que você fez algo errado, mas pode ser o empurrão que o leva um passo mais perto da verdade científica do que qualquer pessoa no campo perceberia!




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