Большой адронный коллайдер может проверить данные о сверхсветовых нейтрино

Американские физики показали, что предсказанный теоретически эффект потери энергии мюонными нейтрино, которые движутся со сверхсветовой скоростью, должен проявляться в экспериментах на коллайдере, где нейтрино могут рождаться при распаде топ-кварков.

Физики из Национальной ускорительной лаборатории SLAC и Брукхэвенской национальной лаборатории (США) показали, как Большой адронный коллайдер (БАК) можно использовать для проверки данных о сверхсветовых нейтрино.

Мюонные нейтрино νμ, движущиеся быстрее света в вакууме, были обнаружены в эксперименте OPERA, о чём мы сообщали в сентябре. Пучок частиц, отправляемых к детектору с расстояния в ~730 км, имел среднюю энергию в 17,5 ГэВ, и на этой энергии скорость νμ (v) превышала световую (c) приблизительно на 7,5 км/с. Если c принять за единицу, полученный результат можно переформулировать в виде δ = v2 – 1 = 5•10–5.

Совсем недавно эта информация была подтверждена в дополнительной серии опытов. Теоретики, однако, не спешат признавать данные истинными, ссылаясь на то, что сотрудники коллаборации OPERA не зарегистрировали физические эффекты, сопутствующие сверхсветовому движению нейтрино.

К таким эффектам относится рассмотренное американцами Эндрю Коэном (Andrew Cohen) и Шелдоном Глэшоу (Sheldon Glashow) уменьшение энергии νμ за счёт испускания электрон-позитронных пар, аналогичного давно известному черенковскому излучению. По мнению учёных, этот процесс должен ограничивать энергию нейтрино, достигающих детектора OPERA, причём верхняя граница находится довольно далеко от указанного выше среднего значения — на уровне 12,5 ГэВ. Другими словами, практически все нейтрино, движущиеся со скоростью, которая соответствует δ = 5•10–5, будут подходить к детектору, сохранив не более 12,5 ГэВ энергии.

Ёмкости для хранения криогенной жидкости, используемые в эксперименте ICARUS (фото ICARUS Collaboration).
Ёмкости для хранения криогенной жидкости, используемые в эксперименте ICARUS (фото ICARUS Collaboration).

Последнее утверждение противоречит не только измерениям OPERA, но и данным эксперимента ICARUS, который проводится в соседнем зале подземной Национальной лаборатории Гран-Сассо и использует тот же пучок мюонных нейтрино. В прошлом году детектор ICARUS, заполненный 760 тоннами сверхчистого жидкого аргона, проходил испытания, и реконструированный по их результатам спектр νμ не выявил искажений, о которых говорят Коэн и Глэшоу. Кроме того, детектор мог бы прямо зарегистрировать предсказанные «черенковские» события типа νμ → νμ + е+ + е, но ничего подобного отмечено не было. Отсюда, по словам представителей ICARUS, следует, что величина δ не превышает 4•10–8.

Зависимость количества «черенковских» пар частиц, которые мог зарегистрировать детектор ICARUS в 2010 году, от величины δ. При δ = 5•10–5 расчётное число электрон-позитронных пар превышает 2•106. (Иллюстрация ICARUS Collaboration.)

Авторы новой работы также планируют прямо регистрировать электроны и позитроны, испускаемые сверхсветовыми частицами. В качестве источника нейтрино с необходимыми (позволяющими рассчитывать на рождение электрон-позитронной пары в пределах детектора) энергиями физики предлагают использовать БАК: здесь в столкновениях протонов рождаются топ-кварки (и топ-антикварки), которые затем могут распадаться с образованием нейтрино. Как показывают вычисления, нынешней энергии пучков протонов на коллайдере (3,5 ТэВ) и накопленной интегральной светимости должно хватить для проверки данных OPERA.

Г-да Коэн и Глэшоу называют методику, найденную их американскими коллегами, действенной, но сама задача по обработке большого массива данных БАК кажется им слишком сложной и трудоёмкой. Конечно, обнаружение искомых электрон-позитронных пар стало бы серьёзным аргументом в пользу сверхсветовых нейтрино, но более вероятный отрицательный результат лишь подтвердит уже имеющуюся информацию и не позволит установить, кто именно — коллаборация OPERA или теоретики — допустил ошибку.

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.

24 Ноября 2011, 4:58    Den    11835    8

Комментарии (8):

lambda1983  •  24 Ноября 2011, 13:15

Если допустить что законы СТО нарушаются, то почему должно остаться черенковское излучение?

den  •  24 Ноября 2011, 14:16

К lambda1983 от 24 Ноября 2011, 13:15

А никто не говорит что они должны нарушаться. Если скорость света не максимальная, то это еще не значит, что СТО не верна. В основе СТО нет постулата о том что скорость света - максимальная скорость.

lambda1983  •  25 Ноября 2011, 0:43

Есть такой постулат. В СТО существует предельная скорость распространения взаимодействий, совпадающая со скоростью света в вакууме.

В принципе, если допустить что предельная скорость не совпадает со скоростью света в вакууме, то уравнения СТО формально не изменятся, но зато изменятся уравнения электромагнитного поля, что, на самом деле, совсем не лучший вариант, так как уравнения Максвелла проверены гораздо точнее чем уравнения СТО!

den  •  25 Ноября 2011, 1:14

К lambda1983 от 25 Ноября 2011, 0:43

А я утверждаю что нету. В СТО есть только один постулат, что законы физики должны быть одинаковыми в ИСО, и как следствие должна существовать предельная скорость  относительного движения двух ИСО.

lambda1983  •  25 Ноября 2011, 1:25

Ландау, Лившиц "Теория поля", п.1

Сформулировать теорию без постулата о скорости света можно, но тут будут свои проблемы, см. предыдущий ответ

den  •  25 Ноября 2011, 2:24

К lambda1983 от 25 Ноября 2011, 1:25

Во первых,того что вы говорили в ЛЛ нет, а во вторых, я надеюсь вы не думаете что вся СТО ограничивается 1 параграфом в ЛЛ?
lambda1983  •  25 Ноября 2011, 11:04

К сожалению, эта дискусия выходит за рамки научной, поэтому я ее прекращаю.  В Ландавшице написано "скорость распространения взаимодействия является универсальной постоянной. Эта постоянная скорость одновременно является, как будет показано в дальнейшем <из уравнений Максвелла> скоростью распространения света в пустоте. Еще могу посоветовать две оригинальные статьи Эйнштейна 1905 года.

den  •  26 Ноября 2011, 0:47

К lambda1983 от 25 Ноября 2011, 11:04

> В Ландавшице написано "скорость распространения взаимодействия является универсальной постоянной.

Ну так я это и говорю, скорость света это закон природы, согласно СТО он должен выполнятся во всех инерциальных СО, следовательно, скорость света одна и та же во всех ИСО. В уравнения Максвелла она входит вообще как некоторый коэффициент при действии, который имеет размерность скорости.

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