OPERA εναντίον βιολιστή

(... συνέχεια της προηγούμενης ανάρτησης με τίτλο: "Βρέθηκαν νετρίνα που κινούνται γρηγορότερα από το φως;")

Η πειραματική ομάδα OPERA έδωσε στη δημοσιότητα τα αποτελέσματα των μετρήσεών της (http://arxiv.org/abs/1109.4897) σύμφωνα με τις οποίες στοιχειώδη σωματίδια (νετρίνα) ταξίδεψαν ταχύτητες που απαγορεύει η θεωρία της Σχετικότητας του Einstein

Οι εγκαταστάσεις του πειράματος OPERA. Κάτω δεξιά ο Albert Einstein με το βιολί του

Ας δούμε λοιπόν τι έχουμε.
Είναι γνωστό ότι σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας του Einstein κανένα σώμα δεν μπορεί να ξεπεράσει την ταχύτητα του φωτός.
Επίσης τα σωματίδια που δεν έχουν μάζα ηρεμίας (όπως τα φωτόνια) κινούνται στον ΚΕΝΟ χώρο με την ταχύτητα του φωτός. Για παράδειγμα το φως μέσα στο νερό κινείται με ταχύτητα μικρότερη του φωτός.
Τα σωματίδια που έχουν μάζα ηρεμίας μπορούν να κινηθούν με ταχύτητες που πλησιάζουν πάρα πολύ την ταχύτητα του φωτός, ποτέ όμως δεν μπορούν να την φτάσουν.

Οι ερευνητές του πειράματος OPERA ανακοίνωσαν επίσημα ότι μέτρησαν την ταχύτητα με την οποία κινήθηκαν υψηλής ενέργειας νετρίνα και την βρήκαν μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός! Τα νετρίνα δημιουργήθηκαν στον επιταχυντή στο CERN κοντά στη Γενεύη και διανύοντας μια απόσταση 730 χιλιομέτρων ανιχνεύθηκαν στο υπόγειο εργαστήριο στο Gran Sasso της Ιταλίας.
Αν τα νετρίνα ταξίδευαν με την ταχύτητα του φωτός τότε θα διάνυαν την απόσταση των 730 χιλιομέτρων σε περίπου 2,4 ms (χιλιοστά του δευτερολέπτου). Οι πειραματικοί φυσικοί του OPERA βρήκαν αυτόν τον χρόνο κατά 60 ns(εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου) μικρότερο. Το σφάλμα στο νούμερο αυτό είναι περίπου 10%!  Αυτή η μέτρηση οδηγεί στο αναπόφευκτο συμπέρασμα ότι η ταχύτητα με την οποία κινήθηκαν τα νετρίνα είναι κατά 0,0025%  μεγαλύτερη από την ταχύτητα το φωτός

Όμως υπάρχουν άλλες μετρήσεις που δείχνουν ότι τα νετρίνα κινούνται με την ταχύτητα του φωτός με εξαιρετικά καλή ακρίβεια (μέχρι 5 . 10^-7%).
Για παράδειγμα οι μετρήσεις που αναφέρονται στα νετρίνα που δημιούργησε η έκρηξη του σουπερνόβα 1987Α. Πρώτα ανιχνεύθηκαν τα νετρίνα στους ανιχνευτές της Γης και στη συνέχεια μέσα σε τρεις ώρες όπως αναμενόταν έφτασε το φως της έκρηξης. Αυτά τα νετρίνα ταξίδευαν 168000 χρόνια, περίπου 5 τρισεκατομμύρια δευτερόλεπτα και έφθασαν στην Γη με διαφορά χρόνου μεταξύ τους 13 δευτερόλεπτα. Και 3 ώρες(10000 δευτερόλεπτα) νωρίτερα από το φως.

Αν τα νετρίνα ταξίδευαν με ταχύτητα κατά 1 εκατομμυριοστό γρηγορότερα από ταχύτητα του φωτός, θα είχαν φτάσει μήνες πριν από το φως.
Οι μετρήσεις που έκαναν οι ερευνητές του πειράματος OPERA θα πρέπει να έχουν εκπληκτική ακρίβεια. Το γεγονός ότι τα αποτελέσματα του πειράματος αναφέρεται ότι έχουν ακρίβεια 6-σίγμα σημαίνει ότι δεν υπάρχει στατιστικό λάθος.
Προφανώς υπάρχουν δυο περιπτώσεις:
1) Να πρόκειται για κάποιο νέο φαινόμενο στη Φυσική και οι ερευνητές του πειράματος OPERA βάζουν υποψηφιότητα για το νόμπελ φυσικής
2) Κάτι να μην λειτούργησε σωστά στις συσκευές ή να έγινε κάποιο άλλο λάθος, οπότε η ανακοίνωση θα ξεχαστεί με το πέρασμα του χρόνου
Για την επιβεβαίωση ή την απόρριψη των αποτελεσμάτων του OPERA (αλλά και οποιουδήποτε πειράματος στη φυσική) χρειάζεται υπομονή. Πρέπει να περιμένουμε τα αποτελέσματα και άλλων σχετικών πειραμάτων (που σίγουρα έχουν ήδη ξεκινήσει!).

Περισσότερα για τα αποτελέσματα του πειράματος OPERA στο σεμινάριο του CERN "New results from OPERA on neutrino properties" σε ζωντανή αναμετάδοση ΕΔΩ.

(update)

Από την παρουσίαση των αποτελεσμάτων του πειράματος OPERA του  Dario Autiero, κατέστη σαφές ότι το πείραμα πραγματοποιήθηκε πολύ προσεκτικά, έγιναν πολλές διασταυρώσεις επαλήθευσης και όλες οι ερωτήσεις που έγιναν έλαβαν τουλάχιστον μια λογική απάντηση.
Στις μετρήσεις των χρονικών διαστημάτων και των αποστάσεων συνεργάστηκαν με ειδικούς μετρολόγους και είχαν μια ακρίβεια 1 προς μερικές εκατοντάδες χιλιάδες, πράγμα δύσκολο μεν αλλά όχι αδύνατο. Για παράδειγμα η απόσταση που διάνυσαν τα νετρίνα υπολογίστηκε στα (731278±0,2) μέτρα!!
Η χρονική μέτρηση δεν γίνεται άμεσα, αλλά με έναν στατιστικό τρόπο. Οι παλμοί της δέσμης πρωτονίων που παράγουν παλμούς δέσμης νετρίνων κατανέμονται χρονικά σε ένα εύρος περίπου 10000 νανοδευτερολέπτων (Ας θυμηθούμε ότι το τελικό αποτέλεσμα είναι ότι τα νετρίνα φθάνουν γρηγορότερα κατά 60 νανοδευτερόλεπτα). Και κανείς δεν μπορεί να μετρήσει το χρόνο που χρειάζεται το καθένα νετρίνο για να φτάσει στον ανιχνευτή.
Αντί γι αυτό μετρούνται προσεκτικά οι ιδιότητες των παλμών της δέσμης πρωτονίων, οπότε συνάγονται και οι ιδιότητες των παλμών των νετρίνων. Στη συνέχεια μετρώντας το timing της άφιξης των νετρίνων και πηγαίνοντας προς τα πίσω μπορούμε να υπολογίσουμε κατά μέσο όρο τον χρόνο που χρειάστηκαν τα νετρίνα για να διανύσουν την απόσταση CERN – Gran Sasso. Αυτό ακούγεται δύσκολο και θα μπορούσε να είναι ένα «αδύνατο» σημείο.

Ένα άλλο αδύνατο σημείο ίσως είναι το γεγονός ότι συνυπολογίζουν με τον ίδιο τρόπο τα συστηματικά και τυχαία σφάλματα.
Όταν συνδυάζονται δυο στατιστικά σφάλματα Ε1 και Ε2, τότε το συνολικό σφάλμα υπολογίζεται από την τετραγωνική ρίζα της ποσότητας Ε1²+E2².
Tα συστηματικά όμως σφάλματα δεν είναι σαφές αν πρέπει να συνυπολογίζονται με τον παραπάνω τρόπο (Για παράδειγμα, αν ένας χάρακας έχει μικρότερο μήκος απ’ αυτό που είναι χαραγμένο πάνω του, τότε όταν μετράμε μήκη με αυτόν τον χάρακα θα υπολογίζουμε πάντα μεγαλύτερα μήκη). Αν συνυπολογίζονταν με διαφορετικό τρόπο τα συστηματικά σφάλματα ίσως το συνολικό σφάλμα της μέτρησης να αυξανόταν....
Πάντως ακόμη κι αν δεν προκύψει νέα φυσική από το πείραμα αυτό, είναι σίγουρο ότι βελτιώνει τις πειραματικές τεχνικές που θα χρησιμοποιηθούν στο μέλλον.

Στο τέλος της παρουσίασής του ο Dario Autiero παρουσίασε τα παρακάτω συμπεράσματα:



Διαβάστε επίσης: Τι μπορεί να κινηθεί με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός;