Zgodnie z najnowszymi wynikami, pochodzącymi z eksperymentu OPERA, prędkość neutrin wyprodukowanych przez CERN (Europejska Organizacja Badań Jądrowych) jest większa od, teoretycznie nieprzekraczalnej, prędkości światła w próżni.

Artykuł przygotował Marcin Patecki

Neutrina to cząstki elementarne (pozbawione znanej struktury wewnętrznej) z rodziny leptonów. Mają najmniejszą spośród wszystkich cząstek, bliską zeru, masę spoczynkową i są elektrycznie obojętne. Te własności powodują ich znikome oddziaływanie z materią, dzięki czemu są bardzo przenikliwe. Badane w eksperymencie OPERA neutrina przemierzają dystans ponad 730 km, biegnąc pod powierzchnią ziemi do włoskiego laboratorium Gran Sasso w Assergi.

Ku zaskoczeniu naukowców, okazało się, że pokonują ten dystans o co najmniej około 60 ns szybciej, niż powinny zgodnie z obecnymi prawami fizyki. Mimo jednoznacznego rezultatu badacze z ogromną rezerwą podchodzą do otrzymanych wyników. Trwające ponad godzinę wystąpienie, prezentujące efekty badań, skupione było na omówieniu z najmniejszymi detalami źródeł niepewności statystycznych i systematycznych.

Wykorzystanie geodezyjnych metod metrologicznych pozwoliło wyznaczyć dystans pomiędzy miejscem emisji, a punktem detekcji z niesamowitą dokładnością: 731278,0 ± 0,2 m. Niepewność uzyskanego wyniku jest imponująca, warto przy tym dodać, że kalibrację aparatury pomiarowej przeprowadziły dwa niezależne instytuty: Swiss Metrology Institute oraz German Metrology Institute PTB. Przy określaniu dokładności uwzględnione zostały najmniejsze detale jak chociażby: dryf skorupy ziemskiej, wstrząsy sejsmiczne, faza księżyca czy pory roku.

Znacznie poważniejszym wyzwaniem okazał się pomiar czasu przelotu neutrin. Układ pomiarowy synchronizowany był systemem nawigacji GPS, zaś czas mierzono zegarami atomowymi. Z ogromną starannością przeanalizowana została elektronika eksperymentu na wszystkich etapach pomiaru: od produkcji cząstek do ich detekcji. W efekcie różnica pomiędzy teoretycznym czasem przelotu światła, a czasem przelotu neutrin została określona na 60,7 ns, przy niepewności statystycznej równej 6,9 ns oraz niepewności systematycznej 7,4 ns.

Dokładność wyznaczonej prędkości neutrin pozwoliła badaczom wysnuć wniosek, że jest ona większa od prędkości światła w próżni, a uzyskanego wyniku nie można tłumaczyć znanymi źródłami niepewności. Badacze są jednak dalecy od interpretowania wyników. Jak twierdzą, ich wyniki mają skłonić do dokładnego przeanalizowania badań oraz wykonania niezależnego eksperymentu. Sami zamierzają skupić się na szukaniu dodatkowych, nieuwzględnionych źródeł niepewności oraz ponownego przeanalizowania całego badania.

Teoria względności, zakładająca nieprzekraczalną prędkość światła w próżni, na dobre ugruntowała się w świadomości naukowców. Wielokrotnie przeprowadzane, niezależne i wiarygodne eksperymenty zdecydowanie potwierdziły jej prawdziwość. Choć zaprezentowane wyniki stoją z nią w sprzeczności, to zbyt wcześnie na przyjęcie jednoznacznego stanowiska. Pozostaje niecierpliwie czekać na kolejne badania w tym obszarze.

Autor

Redakcja AstroNETu
Redakcja AstroNETu

Komentarze

  1. remi    

    Różnica prędkości — To oznacza, że przy prędkości światła w próżni:
    c = 299 792 458 m/s
    prędkość neutrin wyniosła:
    v = 299 799 918 m/s.

    Prędkości różnią się o 25 części na milion:
    v/c = 1,000 025.

  2. Andrzej Karoń    

    A SN1987A? — 24.II.1987 zaobserwowano wybuch supernowej w Wielkim Obłoku Magellana (LMC) i także za pomocą detektorów neutrin zaobserwowano, iż ok. 3 godziny wcześniej pojawiły się one, nim zauważono wizualnie SN1987A…

    Różnicę tą tłumaczono, że błysk Supernowej był początkowo niewidoczny, gdyż musiał “przedrzeć się” wpierw przez gęste obłoki materii wyrzucone w ostatnich etapach istnienia tamtejszej gwiazdy – natomiast neutrina baaaardzo nikle oddziałują z materią*) , więc swobodnie wydostawały się od pierwszych chwil eksplozji supernowej.

    Jednak czy po obecnym eksperymencie OPERA,
    można tłumaczyć tą 3 godz. różnicę tym
    że neutrina są “tachionami”
    (cząstkami o prędk. v > c)?

    Łatwo sprawdzić z proporcji, że jeżeli odległość 731278 metrów pokonały o ok. 0.00000006 sekundy szybciej od światła, to odległość

    ok. 1,589,414,400,000,000,000,000 metrów (~1.5e+21 m)
    tj. dystans LMC

    spowoduje już naprawdę kolosalną różnicę nie ok. 10000 sekund (ok. 3 h), lecz… ok. 130 mln sekund!

    Czyli byłyby tu PONAD 4 LATA WCZEŚNIEJ przed wybuchem Supernowej!
    =================================================================

    W N I O S E K:
    neutrina z SN1987A przeczą IMHO wiarygodności eksperymentu OPERA – aczkolwiek potrzebne są dalsze badania, które rozstrzygną dylemat ponad-świetlnej prędkości (lub nie) neutrin.

    _________
    *) […]neutrina baaaardzo nikle oddziałują z materią[…]
    PRZYKŁAD: Przekrój czynny na oddziaływanie neutrina elektronowego z protonem wynosi zaledwie ok. 1e-19 [b] (0.0000000000000000001 barna)

    1. remi    

      Tachiony — Może te z supernowej były bardziej energetyczne, niż te z CERNu, i dlatego poruszały się wolniej?

      Jeśli założymy, że kwadrat masy neutrin jest rzeczywiście mniejszy od zera, to dane z 1987 co prawda nie potwierdzają takiej tezy, ale też nie stoją z nią w jawnej sprzeczności – tachiony z większą energią poruszają się z prędkością bliższą prędkości światła.

      Sam się zastanawiałem, co się stanie, jeżeli okaże się, że naukowcy z OPERA się nie pomylili. Na pewno będzie to o wiele ciekawsze. A co sądzisz o tym:

      http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/1108/1108.5034v1.pdf

      Pozostaje niecierpliwie czekać.

  3. remi    

    Prędkość neutrin — Jednak badania neutrin z SN1987A rzeczywiście wykluczają opisaną możliwość – że mając większą energię poruszałyby się wolniej, niż te z CERNu.

    Średnia energia neutrin wykorzystywanych w eksperymencie: 17 GeV.
    Rząd wielkości energii neutrin badanych w wyniku wybuchu supernowej: 10 MeV

    1. amperion    

      ropozycja — a może by tak: wiadomo światło się porusza w różnych ośrodkach z różnymi prędkościami, wiec jego prędkość ulega zmianie. Zgodnie z wcześniejszymi założeniami nic nie porusza się szybciej niż światło w próżni absolutnej, więc neutrino przybiera prędkość rzeczywista światła, z drugiej strony w jakim środowisku mierzono tą prędkość światła, czyżby eter rzeczywiście istniał? Jak otrzymać tą próżnię absolutną w której prędkość tego światła jest równa prędkości neutrino?

      główkowałem trochę i na taki wniosek wpadłem, nienaukowy 😛

      1. remi    

        Interesująca ta porozpcjya — Prędkość światła w próżni jest stałą, którą wyznacza nie tylko prędkość światła w próżni absolutnej. Równie dobrze można ją policzyć z geometrii czasoprzestrzeni zauważając, że dylatacja czasu jest proporcjonalna do 1/sqrt(1-v^2/c^2). Prócz tego można odwołać się do zjawisk elektromagnetycznych.

        Nawet jak neutrina poruszały się z prędkością większą niż prędkość światła w danym ośrodku, to i tak była to prędkość mniejsza niż prędkość światła w próżni.

        A tu ciekawy artykuł. Może to rozwiązanie zagadki?

        http://www.tvnmeteo.pl/informacje/ciekawostki,49/triumf-einsteina-naukowcy-neutrina-nie-moga-byc-szybsze-od-swiatla,14424,1,0.html

        1. at    

          Wiadomość usunięta — Wiadomość naruszała zasady AstroFORUM i została usunięta przez Redakcję.

Komentarze są zablokowane.