В сентябре этого года ученые из Швейцарского ЦЕРНа и итальянской лаборатории Гран Сассо обнаружили, что нейтрино могут двигаться со скоростью, превышающей скорость света. Это открытие может перевернуть взгляд на физику – специальная теория относительности Альберта Эйнштейна оказалась бы неверной.
Нейтрино – это нейтральная фундаментальная частица, которая имеет очень малую массу и слабо взаимодействует с веществом. Нейтрино легко проникают через материю, и иногда их успешно удается отслеживать с помощью специальных сенсоров.
В лаборатории Гран Сассо находится один из таких сенсоров. Этот объект – OPERA, он фиксирует нейтрино, направленные из протонного суперсинхротрона в ЦЕРНе, который является составляющей Большого адронного коллайдера. Расстояние между этими устройствами составляет приблизительно 730 километров. В OPERA ученые зарегистрировали более 16 тысяч нейтрино.
Согласно специальной теории относительности Эйнштейна, ничто – в том числе и нейтрино – не может двигаться быстрее, чем частицы света в вакууме
В ходе подсчетов они обнаружили, что нейтральные частицы в среднем преодолевают путь от ЦЕРНа до итальянской лаборатории за 2,43 миллисекунды, а это значит – быстрее скорости света. Ученые, ошарашенные собственными результатами, сообщили, что рано говорить об опровержении специальной теории относительности, из которой следует, что ничего не может быть быстрее скорости света. Ученые решили провести дополнительные исследования, чтобы понять и объяснить это явление.
Новый эксперимент с нейтрино проводился для подтверждения или опровержения результатов первого исследования, которое повергло мир физики в шок.
Команда тщательно подготовила оборудование, перепроверила все возможные искажения, но результат оказался практически тем же – на этот раз нейтральные частицы пролетели расстояние в 732 километра в среднем на 57 наносекунд быстрее, чем предполагали расчеты.
Ученые говорят, что в обоих случаях уровень достоверности показателей приемлем – шесть стандартных отклонений (открытием в физике считается эксперимент, который дает пять стандартных отклонений (стандартное отклонение — показатель изменчивости в описательном статистическом анализе).
Траектория движения нейтрино
Причин для того, чтобы не публиковать результаты исследования в научных изданиях, нет. Очевидно, будут многочисленные дискуссии и попытки опровержений. Первоначальные исследования будут проверяться экспериментами MINOS в США в лаборатории Ферми и T2K в Японии (в мире есть только две лаборатории, где воспроизведение подобных экспериментов возможно). Научное сообщество и общественность пока очень критично настроены, что и неудивительно – слишком многое в физике может перевернуться с ног на голову.
Физик и профессор из университета Суррея, Джим Аль-Халили, выражая скептицизм по поводу нового открытия, и вовсе пошел на принцип, заявив: «Если результаты эксперимента ЦЕРНа окажутся верными, если нейтрино способны в действительности превзойти скорость света, то я съем свои боксерские трусы в прямом эфире».
А пока одни ученые грозятся съесть свои трусы, другие продолжают пытаться опровергнуть теорию относительности. В исследовании OPERA протоны разгоняются суперколлайдером до скорости, достаточной для образования мезонов и каонов, путем столкновения с графитовой плоскостью. Частицы проходят вакуумный «мост», длиной в километр, распадаясь в еще более мелкие частицы – нейтрино; эти субатомные частицы пролетают около 730 километров до лаборатории Гран Сассо. Здесь они регистрируются сенсором.
Нейтрино – ничтожно малые частицы, которые слабо взаимодействуют с физической материей. Через человеческий глаз каждую секунду проходят миллиарды нейтрино
Ученые измеряют расстояние и время, которое требуется частицам для прохождения этого расстояния, так они могут вычислить скорость. Расстояние измеряется с допустимой погрешностью в 20 сантиметров, время – с допустимой погрешностью в 10 наносекунд. За три года детектор в Италии зарегистрировал около 16 тысяч нейтрино, усредненная скорость частиц превышает скорость света на 60 наносекунд.
Последний эксперимент использовал сокращенные протонные импульсы (длительностью 1-2 наносекунды) для уточнения результатов, и скорость света была превышена на 57 наносекунд.
Еще более точные эксперименты, которые будут проводиться с помощью других физиков и в других лабораториях, со всеми попытками минимизировать потенциальные недостатки в исследовании, – должны быть закончены до конца 2011 года.
Если эксперименты подтвердят, что субатомные частицы могут двигаться быстрее света, это будет противоречить специальной теории относительности. А это может создавать множество парадоксов. По теории относительности превышение скорости света частицей имеющей массу, делает ее массу бесконечной, и влечет за собой изменение времени. Следовательно, с разрушением теории относительности можно будет рассматривать всеми любимые путешествия во времени и другие вещи, которые считаются фантастическими. Но пока – это все еще теория.
|
