Tiek apgalvots, ka ātrāka par vieglo neitrīno mīklu atrisinājusi īpašā relativitāte

Ir pagājušas trīs nedēļas kopš ārkārtējām ziņām, ka neitrīno, kas ceļo starp Franciju un Itāliju, ir reģistrēti kustībā ātrāk par gaismu. Eksperiments, kas pazīstams kā OPERA, atklāja, ka daļiņas, kas ražotas CERN netālu no Ženēvas, ieradās Gran Sasso laboratorijā Itālijā aptuveni 60 nanosekundes agrāk, nekā pieļauj gaismas ātrums.

Rezultāts fizikas aprindās ir izraisījis sajūsmas viļņus. Kopš tā laika arXiv ir parādījušies vairāk nekā 80 rakstu, mēģinot atmaskot vai izskaidrot efektu. Tomēr ir godīgi teikt, ka vispārējā sajūta ir tāda, ka OPERA komandai noteikti ir kaut kas nepamanīts.

Šodien Ronalds van Elburgs Groningenas Universitātē Nīderlandē pārliecinoši argumentē, ka ir atradis kļūdu.

Vispirms apskatīsim eksperimentu, kas pēc būtības ir vienkāršs: attāluma un laika mērīšana.

Attālums ir vienkāršs. Neitrīno ražošanas vietu CERN ir diezgan viegli izmērīt, izmantojot GPS. Gran Sasso laboratorijas atrašanās vietu ir grūtāk noteikt, jo tā atrodas zem kilometru augsta kalna. Neskatoties uz to, OPERA komanda saka, ka tā 730 km attālumu ir noteikusi aptuveni 20 cm robežās.

Neitrīno lidojuma laiku ir grūtāk izmērīt. OPERA komanda saka, ka tā var precīzi novērtēt neitrīno radīšanas brīdi un to noteikšanas brīdi, izmantojot pulksteņus katrā galā.

Bet sarežģītākā daļa ir pulksteņu abos galos precīzi sinhronizēšana. Komanda to dara, izmantojot GPS satelītus, no kuriem katrs pārraida ļoti precīzu laika signālu no aptuveni 20 000 km garas orbītas virs galvas. Tas rada vairākus papildu sarežģījumus, kas komandai ir jāņem vērā, piemēram, laiks, kad GPS signāli pārvietojas uz zemi.

Bet van Elburgs saka, ka ir viens efekts, ko OPERA komanda, šķiet, nav ievērojusi: GPS pulksteņu relatīvā kustība.

Ir viegli domāt, ka satelītu kustībai nav nozīmes. Galu galā radioviļņiem, kas nes laika signālu, ir jāpārvietojas ar gaismas ātrumu neatkarīgi no satelītu ātruma.

Bet ir arī papildu smalkums. Lai gan gaismas ātrums nav atkarīgs no atskaites sistēmas, lidojuma laiks ir atkarīgs no tā. Šajā gadījumā ir divi atskaites rāmji: eksperiments uz zemes un pulksteņi orbītā. Ja tie pārvietojas viens pret otru, tas ir jāņem vērā.

Tātad, kāda ir satelītu kustība attiecībā uz OPERA eksperimentu? Šīs zondes riņķo no rietumiem uz austrumiem plaknē, kas ir 55 grādu leņķī pret ekvatoru. Zīmīgi, ka tas aptuveni atbilst neitrīno lidojuma trajektorijai. Tad to relatīvo kustību ir viegli aprēķināt.

Tātad no GPS satelīta pulksteņa viedokļa neitrīno avota un detektora pozīcijas mainās. No pulksteņa viedokļa detektors virzās uz avotu, un līdz ar to attālums, ko daļiņas nobrauc no pulksteņa, ir mazāks, saka van Elburgs.

Ar to viņš domā īsāku par attālumu, kas izmērīts atskaites rāmī uz zemes.

OPERA komanda to neievēro, jo uzskata, ka pulksteņi atrodas uz zemes, nevis orbītā.

Cik liela ir šī ietekme? Van Elburgs aprēķina, ka tam vajadzētu izraisīt neitrīno ierašanos 32 nanosekundes agrāk. Bet tas ir jādubulto, jo viena un tā pati kļūda rodas katrā eksperimenta beigās. Tātad kopējā korekcija ir 64 nanosekundes, gandrīz tieši tas, ko novēro OPERA komanda.

Tas ir iespaidīgi, taču tas nenozīmē, ka problēma ir pabeigta un aizputināta. Salīdzinošā pārskatīšana ir būtiska zinātniskā procesa sastāvdaļa, un šim argumentam ir jābūt rūpīgi pārbaudītam sabiedrībai kopumā un jo īpaši OPERA komandai.

Ja tā stāvēs, šī epizode būs ironijas piesātināta. Tālu no Einšteina relatīvās teorijas pārkāpšanas, mērījums, kas ir ātrāks par gaismu, būs vēl viens apstiprinājums tam.

Atsauce: arxiv.org/abs/1110.2685 : lidojuma laiki starp avotu un detektoru, kas novēroti no GPS satelīta.

paslēpties