В эксперименте, возможно, было зафиксировано сверхсветовое движение нейтрино

Сотрудники коллаборации OPERA измерили скорости движения мюонных нейтрино на дистанции в ~730 км и обнаружили, что частицы достигают цели на десятки наносекунд раньше, чем следовало бы.

Сотрудники коллаборации OPERA объявили о том, что им удалось зафиксировать сверхсветовое движение нейтрино.

Основной задачей массивного 1 250-тонного детектора OPERA, расположенного в подземной Национальной лаборатории Гран-Сассо и сочетающего слои пластикового сцинтиллятора, свинца и ядерной эмульсии, всегда считалось обнаружение нейтринных осцилляций. Планируя эксперименты, физики рассчитывали на то, что им удастся проследить за «возникновением» таонного нейтрино в пучке мюонныхμ). Результатов пришлось ждать довольно долго, но в июне прошлого года искомое тау-нейтрино всё же провзаимодействовало в детекторе.

Внешний вид детектора (фото OPERA collaboration).
Внешний вид детектора (фото OPERA collaboration).

Необходимый OPERA практически чистый пучок νμ со средней энергией в 17 ГэВ подготавливается приблизительно в 730 км (по прямой, проходящей сквозь земную кору) от Лаборатории Гран-Сассо. Источником частиц становится суперпротонный синхротрон Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН), который разгоняет протоны до 400 ГэВ и подаёт их на графитовую мишень, где рождаются пионы и каоны. Эти заряженные мезоны направляются в километровый тоннель и в полёте распадаются с образованием нейтрино.

Экспериментальная схема OPERA прекрасно подходит и для оценки скорости движения νμ. Чтобы снизить погрешность таких измерений, в 2008 году в ЦЕРН и Лаборатории Гран-Сассо смонтировали идентичные системы, состоящие из GPS-приёмника и цезиевых атомных часов. По утверждению учёных, расстояние между фокусной точкой мишени суперпротонного синхротрона и началом системы отсчёта, связанной с OPERA, было определено с погрешностью всего в 20 см и составило 730 534,61 ± 0,20 м.

Примерная схема расположения детектора OPERA (иллюстрация ЦЕРН).
Примерная схема расположения детектора OPERA (иллюстрация ЦЕРН).

На обработку были отправлены данные, полученные в последние три года. За это время на мишень попало около 1020 протонов, а детектор OPERA зарегистрировал 16 111 событий.

Исследователей интересовали две связанные друг с другом величины: δt (разность времён прохождения дистанции, одно из которых рассчитывается для света в вакууме, а другое — измеряется опытным путём для νμ) и (v – c)/c, относительная разность скоростей мюонного нейтрино и света в вакууме. Как выяснилось, δt равна 60,7 ± 6,9 (стат.) ± 7,4 (сист.) нс; поскольку это значение положительно, нейтрино должны обгонять свет. Соответствующая величина (v – c)/c достигает [2,48 ± 0,28 (стат.) ± 0,30 (сист.)]•10–5, а статистическая значимость сигнала составила 6σ.

Интерпретировать этот неожиданный результат никто пока даже не пытался. Так как он явно противоречит общепринятым физическим теориям, коллеги учёных считают его следствием каких-то неучтённых систематических эффектов или ошибок, допущенных при измерениях или обработке информации. Возможно, на сегодняшнем семинаре в ЦЕРН, онлайн-трансляция с которого будет доступна всем желающим, сотрудники OPERA сумеют убедить часть скептиков.

Стоит добавить, что вероятное превышение скорости света в вакууме ранее уже наблюдалось в родственном OPERA эксперименте MINOS. Тогда речь шла об относительной разности (v – c)/c, равной (5,1 ± 2,9)•10–5, но значимость этого результата, полученного в 2007-м, была совсем низкой, и всерьёз он не рассматривался.

Препринт отчёта, подготовленного коллаборацией OPERA, можно скачать с сайта arXiv.

Подготовлено по материалам ScienceNOW.

24 Сентября 2011, 14:28    Den    10429    2

Комментарии (2):

Nambu  •  25 September, 17:11

Некоторе дополнение:

Открытие в ЦЕРН: путешествия во времени станут реальны?

Физики исследовательского центра Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) в ходе проведения эксперимента выяснили, что субатомные частицы могут двигаться со скоростью, превышающей скорость света.

Пучок нейтрино, направленный из ЦЕРН в подземную лабораторию Гран-Сассо в Италии на расстояние в 732 км, прибыл на место назначения, как сообщается, на несколько миллиардных долей секунды раньше, чем если бы передвигался со скоростью света.

По данным ученых, пучки нейтрино обогнали ее на 60 наносекунд, что противоречит постулату, что элементарные частицы не могут двигаться быстрее скорость света.Если данные эксперимента будут подтверждены, то будет опровергнута теория относительности Эйнштейна, согласно которой ничто не может двигаться быстрее скорости света.

Русская служба Би-би-си побеседовала о результатах эксперимента с Рубеном Саакяном, профессором физики Университетского колледжа Лондона.

Би-би-си: Вы работали в лаборатории Гран-Сассо, и, вероятно, хорошо знакомы с экспериментом "Опера".

Рубен Саакян: Я покинул лабораторию Гран-Сассо больше 10 лет назад, когда "Опера" только строилась. "Опера" – это эксперимент, который занимается поиском такого явления, как нейтринные осцилляции, то есть превращения одного типа нейтрино в другой.

Нейтрино – это фундаментальные частицы, так называемые кирпичики мироздания. У них есть ряд интересных свойств, в том числе превращение из одного типа в другой. "Опера" предназначена для того, чтобы изучать эту проблему.

Тот результат (данные, что нейтрино двигаются со скоростью, превышающей скорость света) был побочным продуктом эксперимента, который они делали.

Би-би-си: Убедительны ли представленные учеными результаты?

Р.С.: Опубликованные результаты выглядят убедительно. В экспериментальной науке существует численная мера доверия к результату, то есть ваше измерение должно превышать погрешность измерения по крайней мере в пять раз. А у них оно превышает в шесть раз.

С другой стороны, это сложное измерение, в нем много элементов, и на каждом этапе существует много способов сделать его неправильно. И поэтому нужно воспринимать его со здоровым скептицизмом. К чести авторов, они не интерпретируют результат, а просто констатируют данные, полученные в ходе эксперимента.

Би-би-си: Как отреагировало мировое научное сообщество на эти данные?

"Одна из возможных моделей, по которой можно путешествовать быстрее, чем скорость света – это наличие, допустим, дополнительных измерений в пространстве"

Р.С.: Мировое сообщество отреагировало со здоровым скептицизмом и даже консерватизмом. Ведь это серьезный эксперимент, а не популистское заявление.

Последствия, если будет доказанная истинность этих данных, слишком серьезны, чтобы их легко воспринимать.

Изменятся наши фундаментальные представления о мире. Теперь люди будут ждать дальнейших публикаций систематических ошибок эксперимента и, самое главное, данных независимых экспериментов.

Би-би-си: Каких например?

Р.С.: Существует американский эксперимент "Минус", который может это измерение подтвердить. Он очень похож на "Оперу". На ускорителе производится пучок нейтрино, потом посылается на 730 километров и измеряется в подземной лаборатории. Суть измерения проста: вы знаете расстояние между вашим источником и вашим детектором, вы меряете время, за которое он пришел, и таким образом определяете скорость.

Дьявол в деталях. "Минус" уже четыре года назад произвел похожее измерение, но тогда у них та величина, которую они измерили, и погрешность были соизмеримы друг с другом. Их ключевая проблема заключалась в том, что у них не было точного расстояния.

730 километров между источником и детектором сложно измерить с абсолютной точностью, а "Опера" недавно сумела геодезическими методами измерить это расстояние вплоть до 20 сантиметров. "Минус" будет стараться сделать то же самое и тогда сможет проверить данные этого эксперимента.

Би-би-си: Если результат эксперимента подтвердится, как это повлияет на традиционные представления о мире?

Р.С.: Если это подтвердится, то результат будет серьезный. Сейчас существуют две теории, которые объясняют с научной точки зрения весь мир, который нас окружает: квантовая теория микромира и теория относительности Эйнштейна.

Результат эксперимента (нейтрино двигаются со скоростью, превышающей скорость света) напрямую противоречат теории относительности Эйнштейна, которая утверждает, что в любой точке отсчета скорость света постоянна и ничто не может обогнать скорость света.

Существует огромное количество головокружительных последствий, в частности, возможность путешествия во времени (для частиц).

Би-би-си: Как можно объяснить, что нейтрино может перемещаться быстрее скорости света?

Р.С.: Одна из возможных моделей, по которой можно путешествовать быстрее, чем скорость света – это наличие, допустим, дополнительных измерений в пространстве. Возможно, наряду с привычными для нас тремя измерениями (плюс время), есть четвертое, пятое, шестое и т.д. измерения, которые мы "не видим". И возможно, что нейтрино, благодаря своим уникальным свойствам, может прыгать, как бы срезать углы между этими пространствами.

Представьте себе муравья, который ползет по яблоку. Для него мир – двухмерный. Для того, чтобы добраться от южного полюса яблока до северного ему может понадобиться довольно много времени. А вот для червяка, который может пройти яблоко насквозь, существует третье измерение, и он сделает это гораздо быстрее.

Это одно из возможных объяснений, и если оно окажется правильным, то это огромная вещь. Если говорить о практическом применении, то, возможно, мы найдем в далеком будущем способ перепрыгивать за счет этого через гиперпространство.

Но я бы хотел призвать к здоровому скептицизму. Последствия этого результата настолько важны, что, несмотря на наше большое уважение к ученым, которые заявили об этом, мы не можем пока утверждать, что мы открыли, подтвердили и считаем, что все так и есть на самом деле.

Мы сможем сказать так только тогда, когда будут исключены систематические ошибки в их анализе. А на это может уйти несколько лет.

Олег  •  3 October, 11:54

Гдето, что-то не учли, вот Вам и времятрясение.

В СТО считали?  А мир устроен по ОТО

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите или зарегистрируйтесь пожалуйста.