Лиза Гроссман
фото Джон Ренстен
Эксперимент, проведенный в CERN, утверждает, что нейтрино нарушают самое фундаментальное ограничение, наложенное на скорости во Вселенной. Призрачные субатомные частицы, вероятно, пролетают от лаборатории физики элементарных частиц близ Женевы, Швейцария, до датчика, расположенного в Италии со скоростью, превышающей скорость света.
Давайте достанем старый учебник физики из корзины для бумаг, не смотря на то, что новый результат противоречит предыдущим измерениям скорости движения нейтрино, основанным на взрыве сверхновой звезды. К тому же, в проведенных измерениях скорости есть еще место для ошибок в измерении предполагаемой скорости. И даже если полученный результат верен, это еще не обязательно будет означать, что скорость света в эксперименте была превышена.
«Если полученный результат верен, то он является просто фантастическим. Этот эксперимент подрывает саму основу физики», заявил Стивен Пэйрк, Фермилаб, Батавия, Иллинойс. «Но это все должно быть подтверждено».
Нейтрино, почти невесомые субатомные частицы, которые, как известно, очень слабо взаимодействуют с другими формами материи. В эксперименте OPERA (Oscillation Project with Emusion tRacking Apparatus) поток нейтрино, полученный на ускорителе частиц в CERN, направлялся на датчик, расположенный в пещере Gran Sasso, Италия, пройдя при этом расстояние в 730 километров. Отправленные нейтрино были зафиксированы датчиком на 60 наносекунд быстрее, чем, если бы они двигались со скоростью света, утверждает команда, проводившая эксперимент.
Нейтринный детектор в Гранд Сассо. Фото Энрико Сачетти
Противоречия с измерениями на основе сверхновой звезды
Если этот результат верен, то он приведет к переписыванию теории Эйнштейна, специальной теории относительности – одного из краеугольных камней современной физики, теории, предсказания которой были заложены в проект ускорителей в CERN. “Это не вполне разумно”, - утверждает физик-теоретик Макс Шер, Колледж Уильяма и Мэри, Вилльямсбург, Вирджиния.
Первая проблема состоит в том, что полученный в CERN результат противоречит измерениям скорости нейтрино, проведенным в феврале 1987 году при взрыве сверхновой.
Взрыв сверхновой является настолько ярким, что на некоторое время может затмить свет галактики, в которой она находится. Однако большая часть энергии взрыва фактически переносится потоками нейтрино. Нейтрино настолько слабо взаимодействуют с остальным веществом, что они покидают сверхновую практически сразу при зарождении взрыва. В то время как фотонам света необходимо приблизительно 3 часа, чтобы выйти из умирающей звезды. И в 1987 году триллионы нейтрино достигли Земли на 3 часа раньше, чем была зафиксирована вспышка сверхновой, в полном соответствии с предсказаниями физиков.
Недавнее заявление о более высокой скорости нейтрино полностью не соответствуют этим более ранним измерениям. “Если нейтрино движутся быстрее, чем скорость света, они должны были достичь Земли на 5 лет раньше, чем фотоны. А это просто невероятно”, - говорит Шер. “Такого не наблюдалось. Измерения скорости нейтрино при взрыве сверхновой полностью противоречат полученным результатам!”
Нечеткое фиксирование момента излучения
Вполне вероятно, что нейтрино, которые фиксировались в итальянской лаборатории, были другого типа, чем при взрыве сверхновой, или имели другую энергию. Любое из этих допущений могло бы объяснить полученное отличие. Шер допускает это в своих рассуждениях, “но это весьма маловероятно” - добавляет он.
Ошибка измерений в недавнем эксперименте также могла бы объяснить полученное противоречие.
“В принципе, это очень легкий эксперимент. Вы знаете расстояние между А и В. Вы знаете сколько времени понадобится нейтрино, что бы добраться до детектора. Таким образом, Вы можете вычислить их скорость” - говорит Пэйрк. “Однако, фактическая ситуация более сложна. Есть тонкие эффекты, которые делают это рассуждение намного сложнее”.
Например, хотя датчики в Италии могут точно определить время прибытия нейтрино в пределах наносекунд, не вполне понятно, когда нейтрино покинули ускоритель в CERN. Дело в том, что нейтрино в эксперименте были получены путем облучения потоком ускоренных протонов мишени, имеющей форму бруска, из которого и “выбивался” поток субатомных частиц. Если бы нейтрино рождались на одном конце бруска и не появлялись бы на другом, это могло бы повлиять на время полета частиц.
Шер так же упоминает третью возможность того, что проведенное измерение было верным. Некоторые теории утверждают, что помимо хорошо знакомых нам четырех измерений существуют и дополнительные скрытые измерения, которые мы не можем наблюдать непосредственно. Возможно, что нейтрино тунеллировали через эти измерения, сокращая расстояние между источником и детектором. Это объяснило бы полученный результат, не требуя превышения скорости света.
Антонио Эредитато, OPERA, отказался комментировать полученный результат до проведения семинара в CERN.
Необходимость проверки результатов
Однако, Пэйрк высказал суждение, что пока полученный результат не может быть подтвержден другими ранее проведенными экспериментами, вроде эксперимента MINOS в Фермилаб или эксперимента Т2К в Японии.
«Есть множество экспериментов, осуществляемых в настоящее время или выходящие на уровень осуществления, которые могли быть несколько модернизированы, что бы проверить полученный в CERN результат – говорит он – Это необходимо сделать, что бы убедиться в том, что наши предубеждения не помешают нам обнаружить что-то действительно фантастическое»
В 2007 году эксперимент MINOS уже искал нейтрино, движущиеся быстрее скорости света, но не обнаружил ничего существенного.
Несмотря на скептический настрой, Пэйрк оставляет за коллегами из OPERA презумпцию невиновности. “Они, естественно, не делали ничего, что является откровенной глупостью. Они очень умные люди”. Шер полностью соглашается с ним. “Но поскольку получен экстраординарный результат, он требует и экстраординарной проверки”.
Литература
- arxiv.org/abs/1109.4897
Перевод gopman
Источник: New Scientist.
Рейтинг публикации:
|
