ICARUS: τα νετρίνα δεν ξεπερνούν την ταχύτητα του φωτός

Εγκαταστάσεις του πειράματος ICARUS 

Οι επιστήμονες του πειράματος ICARUS στο Gran Sasso της Ιταλίας, ανακοίνωσαν σήμερα ότι δεν βρήκαν ενδείξεις υπερφωτεινών νετρίνων, σε αντίθεση με τα πρόσφατα αποτελέσματα του πειράματος OPERA, που στεγάζεται επίσης στο Gran Sasso.

Οι μετρήσεις του πειράματος OPERA έδειχναν ότι τα νετρίνα φθάνουν στο Gran Sasso (από το σημείο παραγωγής τους στο CERN) 60 νανο-δευτερόλεπτα νωρίτερα από το αναμενόμενο - γεγονός που σήμαινε πως κινούνται γρηγορότερα από το φως. Οι μετρήσεις του πειράματος ICARUS - που δημοσιεύθηκαν σήμερα - δείχνουν μια (ελάχιστη) καθυστέρηση 0,3 νανο-δευτερολέπτων που βρίσκεται μέσα στα όρια του σφάλματος.

Όπως και η ομάδα του πειράματος OPERA , οι φυσικοί του ICARUS μελέτησαν δέσμες νετρίνων που παράγονται στο CERN.
Το αποτέλεσμα του ICARUS έρχεται μόλις ένα μήνα μετά την ανακοίνωση της ομάδας OPERA , σχετικά με τον εντοπισμό σφαλμάτων σε πειραματικές συσκευές που πιθανώς να ευθύνονται για τις μετρηθείσες υπερφωτεινές ταχύτητες των νετρίνων....
Σύμφωνα με τον κάτοχο του βραβείου Νόμπελ και εκπρόσωπος του πειράματος ICARUS Carlo Rubbia «Το πείραμα ICARUS πραγματοποίησε έναν σημαντικό έλεγχο των παραδόξων αποτελεσμάτων που έδωσε το πείραμα OPERA πέρυσι ... Αυτές οι δύσκολες και ευαίσθητες μετρήσεις, υπογραμμίζουν τη σημασία της επιστημονικής διαδικασίας».
Ο 600 τόνων ανιχνευτής ICARUS χρησιμοποιεί υγρό αργό για την ανίχνευση νετρίνων. Όπως σε ένα θάλαμο φυσαλίδων (των παλαιών εποχών της σωματιδιακής φυσικής), ο ανιχνευτής ICARUS επιτρέπει στους επιστήμονες να καταγράφουν τις τροχιές των φορτισμένων σωματιδίων που παράγει ένα νετρίνο – με τη διαφορά ότι η καταγραφή γίνεται ηλεκτρονικά και όχι με φωτογραφίες, όπως γινόταν στο παρελθόν.
www.symmetrymagazine.org

Έστειλαν κωδικοποιημένο μήνυμα χρησιμοποιώντας δέσμη νετρίνων

Ο ανιχνευτής νετρίνων MINERvA 

Oι άνθρωποι εφευρίσκουν συνεχώς νέους τρόπους επικοινωνίας. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που μεταφέρουν τα ραδιοτηλεοπτικά σήματα σταματούν όταν συναντούν μπροστά τους μεγάλα εμπόδια. Ένα διαστημόπλοιο που βρίσκεται πίσω από τη Σελήνη χάνει την επαφή του με τη Γη, όπως και ένα υποβρύχιο που βρίσκεται πολύ βαθιά στη θάλασσα δεν μπορεί να επικοινωνήσει με τη βάση του. Άραγε υπάρχουν "κύματα" που μπορούν να διασχίσουν αυτά τα εμπόδια μεταφέροντας πληροφορίες;

Σε αντίθεση με τα φωτόνια της ραδιοτηλεοπτικής ακτινοβολίας που δυσκολεύονται να διασχίσουν την ύλη, τα νετρίνα μπορούν να διασχίσουν τεράστιες αποστάσεις μέσα στην ύλη χωρίς να αλληλεπιδράσουν (διασχίζουν ολόκληρη τη Γη χωρίς καμία αλληλεπίδραση!).
Κάποιοι λοιπόν επιστήμονες κατάφεραν για πρώτη φορά να μεταδώσουν σήματα χρησιμοποιώντας τα νετρίνα ως φορέα της πληροφορίας. 
Ο ηλεκτρολόγος μηχανικός, Dan Stancil, του Πανεπιστημίου της πολιτείας βόρειας Καρολίνας, ήταν αυτός που πρότεινε την πρόσφατη δοκιμή επικοινωνίας χρησιμοποιώντας τον ανιχνευτή νετρίνων στο Fermilab που φέρει το όνομα MINERvA(Main Injector Experiment for ν-A) 
Ο 170 τόνων ανιχνευτής MINERvA σχεδιάστηκε για να μελετήσει λεπτομερώς τις αλληλεπιδράσεις των νετρίνων και όχι για να λειτουργήσει ως δέκτης «τηλεγραφικής» επικοινωνίας με νετρίνα.
Όμως δεδομένου ότι ο ανιχνευτής βρίσκεται κοντά σε μία από τις πιο ισχυρές πηγές δεσμών νετρίνων στον κόσμο - επιπλέον η δέσμη είναι και παλμική, ήταν μια πρώτης τάξης ευκαιρία για να δοκιμαστεί και ως δέκτης επικοινωνίας.

H διάταξη παραγωγής της δέσμης των νετρίνων και ο ανιχνευτής MINERvA 

Χρησιμοποιώντας για δυο ώρες την γραμμή παραγωγής δέσμης νετρίνων NuMI (Neutrinos at Main Injector) στο Fermilab , οι επιστήμονες κατάφεραν να δημιουργήσουν και να μεταφέρουν το μήνυμα που περιείχε τη λέξη: "νετρίνο"

Χρησιμοποιώντας τον κώδικα ASCII μετέτρεψαν το μήνυμα σε μια σειρά χαρακτήρων από 0 και 1, κάπως έτσι :

neutrino ≡ 0110111001100101011101010111010001110010011010010110111001101111

Ο αριθμός 1 αντιπροσωπευόταν από έναν παλμό νετρίνων και ο αριθμός 0 από την απουσία παλμού. Οι επιστήμονες του ανιχνευτή MINERvA αποκωδικοποίησαν το μήνυμα με 99 % ακρίβεια μετά από μόλις δύο επαναλήψεις του σήματος.
Στη δοκιμή αυτή το μήνυμα μεταφέρθηκε σε απόσταση περίπου ενός χιλιομέτρου (τα νετρίνα στη διαδρομή τους διέσχισαν και ένα βράχο μήκους 240 μέτρων). Το ζητούμενο όμως είναι να μπορούν καλυφθούν πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις. Όπως και τα ραδιοκύματα, έτσι και οι δέσμες νετρίνων υφίστανται διασπορά. Για να μην χάνεται το «σήμα» λόγω διασποράς όταν διανύει μεγάλες αποστάσεις απαιτούνται πιο ισχυρές δέσμες νετρίνων και ακόμα πιο ισχυροί ανιχνευτές.
symmetrymagazine.org

Διαβάστε επίσης: Τα νετρίνα ως μέσο επικοινωνίας στην αναζήτηση ευφυούς ζωής στο σύμπαν

Το πείραμα ΟPERA θα επαναληφθεί

(update 27/2/2012)

(a)  Οι ερευνητές του πειράματος OPERA ισχυρίστηκαν αρχικά ότι τα νετρίνα έφταναν κατά 60 νανοδευτερόλεπτα νωρίτερα από το αναμενόμενο -  με μια αβεβαιότητα περίπου 10 νανοδευτερολέπτων (b) Λανθασμένες αναφορές που διέρρευσαν στον τύπο μιλούσαν ότι βρέθηκε το λάθος (ένα «χαλαρό καλώδιο»), που προκάλεσε την μετατόπιση των 60 ns. Έτσι, η μέτρηση επέστρεφε στην αναμενόμενη τιμή χωρίς να παραβιάζεται η θεωρία της σχετικότητας.  (d , e) Όμως στην πραγματικότητα εντοπίστηκαν από την πειραματική ομάδα OPERA δύο προβλήματα: σε μια σύνδεση οπτικής ίνας και σε έναν - κακώς ρυθμισμένο - ταλαντωτή χρονισμού, που δημιουργούν σφάλματα  προς αντίθετες κατευθύνσεις . Το γεγονός αυτό δημιουργεί μια κατάσταση - προς το παρόν - εντελώς ασαφή!

profmattstrassler.com
=================

Δεν καταθέτουν τα όπλα οι φυσικοί της ομάδας OPERA

Διαβάστε τις αρχικές ανακοινώσεις σχετικά για τα εκκρεμή ζητήματα του πειράματος OPERA  ΕΔΩ

Η αρχική είδηση έλεγε πάνω κάτω ότι βρέθηκε το συστηματικό λάθος στις μετρήσεις του πειράματος OPERA. Τα νετρίνα δεν έφταναν 60 νανοδευτερόλεπτα (ns) νωρίτερα από το αναμενόμενο, άρα δεν κινήθηκαν με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός.

Η διαφορά των 60 νανοδευτερολέπτων, οφειλόταν σε μια κακή σύνδεση μεταξύ ενός καλωδίου οπτικών ινών που συνέδεε τον δέκτη GPS (διόρθωνε τον χρονισμό της πτήσης των νετρίνων) με μια ηλεκτρονική κάρτα ενός υπολογιστή.

Στη συνέχεια όμως, η ομάδα του πειράματος OPERA ενημέρωσε ότι εντόπισε δύο πιθανά αίτια που θα μπορούσαν να έχουν αντίθετη επίδραση στις μετρήσεις του χρόνου άφιξης των νετρίνων.

Το πρώτο πιθανό αίτιο οφείλεται σε έναν ταλαντωτή που χρησιμεύει στους συχρονισμούς με το GPS και θα μπορούσε να οδηγήσει σε υπερεκτίμηση του χρόνου πτήσης των νετρίνων.

Το δεύτερο αίτιο (που είχε διαρρεύσει αρχικά) αφορά οπτική ίνα που μεταφέρει το εξωτερικό σήμα του GPS με το βασικό ρολόι του OPERA , και η οποία δεν ήταν σωστά συνδεδεμένη, όταν ελήφθησαν οι μετρήσεις. Στην περίπτωση αυτή οδηγούμαστε σε υποτίμηση του χρόνου πτήσης των νετρίνων.

Σύμφωνα με την ανακοίνωση του OPERA, oι πιθανές επιπτώσεις αυτών των δυο αιτίων διερευνώνται ακόμα, και για τον λόγο αυτό προγραμματίστηκαν για το Μάιο νέες μετρήσεις με σύντομους παλμούς δέσμης νετρίνων.

Τι μας λένε λοιπόν οι ερευνητές του πειράματος OPERA; Αφού η πρώτη πηγή του σφάλματος υπερεκτιμά το αποτέλεσμα της μέτρησης των 60 ns και η δεύτερη το υποτιμά ... άρα το αρχικό αποτέλεσμα δεν επηρεάζεται ! Αλλά για να είμαστε σίγουροι θα επαναλάβουμε το πείραμα....

Βρέθηκε το λάθος, τα νετρίνα ΔΕΝ κινούνται γρηγορότερα από το φως

====================
(updated 23-2-2012)
Eκκρεμή ζητήματα σχετικά με το πείραμα OPERA
Η κατάσταση σχετικά με τα νετρίνα του πειράματος OPERA, περιγράφεται από τον Matt Strassler, θεωρητικό φυσικό στο πανεπιστήμιο Rutgers (ΕΔΩ και ΕΔΩ). Σύμφωνα με το σχήμα (βλέπε παρακάτω) διακρίνονται οι εξής περιπτώσεις:
(a) Τον Σεπτέμβριο (και επιβεβαιώθηκε το Νοέμβριο) οι ερευνητές της ομάδας του πειράματος OPERA ισχυρίστηκαν ότι νετρίνα που παράχθηκαν στο CERN κινήθηκαν με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός. Ανιχνεύθηκαν στο εργαστήριο του Gran Sasso - αφού διήνυσαν 732 km - 60 νανοδευτερόλεπτα (ns) γρηγορότερα από το αναμενόμενο. Το αποτέλεσμα των 60 ns ανακοινώθηκε με ακρίβεια 6 σίγμα και φαίνεται στην στήλη (a) του σχήματος να έχει εύρος 10 ns και προς τα πάνω και προς τα κάτω (έτσι ώστε αν μετακινήσουμε το σημείο με το σφάλμα του προς τα κάτω 6 φορές φθάνουμε στα 0 ns).
Ένα αποτέλεσμα αυτής της ακρίβειας σημαίνει ότι είτε έχει ανακαλυφθεί νέα φυσική (σωματίδια που κινούνται με ταχύτητες μεγαλύτερες του φωτός) ή ότι οι ερευνητές έκαναν κάπου λάθος.
Πάντως ένα τέτοιο πειραματικό αποτέλεσμα δεν μπορεί να αγνοηθεί.
(b) Xτες, 22 Φεβρουαρίου, κυκλοφόρησε η είδηση σύμφωνα με την οποία  (βλέπε πιο κάτω την αρχική ανάρτηση) η απόκλιση των 60 ns οφείλεται σε μια λάθος σύνδεση μεταξύ ενός δέκτη GPS και ενός υπολογιστή .
Αυτό θα σήμαινε ότι το αποτέλεσμα τώρα βρίσκεται σε συμφωνία με τη θεωρία της σχετικότητας του Εinstein. Η δήλωση όμως που διέρρευσε δεν επιβεβαιώνει κατηγορηματικά αυτή την περίπτωση.
Επίσης η δήλωση δεν διευκρινίζει αν έχουμε τις καταστάσεις (c), (d) ή (e), δηλαδή:
(c) Το σφάλμα της μέτρησης να είναι μεγαλύτερο σε σχέση με αυτό που ανακοινώθηκε αρχικά. Αυτό θα σήμαινε ότι το αποτέλεσμα δεν αμφισβητεί την σχετικότητα του Einstein. Στην περίπτωση αυτή το αποτέλεσμα παύει να είναι εντυπωσιακό και πολύ εύκολα μπορεί κανείς να το αγνοήσει.
(d) Το σφάλμα της μέτρησης είναι πολύ μεγαλύτερο από την προηγούμενη περίπτωση, τόσο μεγαλύτερο που να συμφωνεί και με τη θεωρία της σχετικότητας του Einstein. Τότε δεν θα υπήρχε κανένας λόγος να ανακοινωθεί το αποτέλεσμα.
(e) Δεν υπάρχει καμία λογική εκτίμηση για την αβεβαιότητα του αποτελέσματος και πρέπει να απορριφθεί.

(a) Τι είπε αρχικά η OPERA. (b) Xτες  (22-2-2012) διέρρευσε μια δήλωση σύμφωνα με την οποία το αποτέλεσμα του πειράματος ΟPΕRA μετατοπίζεται κατά 60 ns προς τα κάτω. (c), (d), (e) Άλλες τρεις πιθανές ερμηνείες της χθεσινής δήλωσης.

Όσον αφορά την αξιοπιστία του αρχικού αποτελέσματος του πειράματος OPERA oι περιπτώσεις (b), (c), (d) και (e) είναι όλες άσχημες.
Όσον αφορά γενικά την αξιοπιστία του πειράματος η περίπτωση (b) είναι η καλύτερη: οι πειραματιστές τουλάχιστον βρήκαν που έκαναν λάθος. Οι περιπτώσεις (c), (d) και (e) ξεκάθαρα καταρρακώνουν την αξιοπιστία του πειράματος.
Σύμφωνα με τον Matt Strassler αποκλείεται να ισχύει η (καλύτερη) περίπτωση (b). Γιατί αν ίσχυε δεν θα χρειαζόταν να γίνει η επανάληψη του πειράματος, όπως τονίζουν ότι χθεσινές διαρροές ειδήσεων....
====================

(αρχική ανάρτηση 22-2-2012)

Το λάθος οφειλόταν σε μια κακή σύνδεση μεταξύ ενός δέκτη GPS και ενός υπολογιστή. Η θεωρία της σχετικότητας εξακολουθεί να είναι σωστή !

Η διαδρομή της δέσμης των νετρίνων από το CERN στο Gran Sasso

Φαίνεται ότι «τα νετρίνα που κινούνται γρηγορότερα από το φως», όπως είχε ανακοινωθεί τον Σεπτέμβριο από την πειραματική ομάδα OPERA στην Ιταλία, μάλλον ήταν μια πλάνη.
To λανθασμένο συμπέρασμα οφειλόταν σε μια «κακή» σύνδεση μεταξύ ενός υπολογιστή και GPS.
H ανακοίνωση της ομάδας OPERA τάραξε την επιστημονική κοινότητα διότι αμφισβητούσε την θεωρία της σχετικότητας του Einstein. Οι μετρήσεις "αποδείκνυαν" ότι τα νετρίνα που δημιουργήθηκαν στο CERN, στη Γενεύη, και στη συνέχεια ανιχνεύθηκαν στο εργαστήριο του Gran Sasso στην βόρεια Ιταλία, κινήθηκαν με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός. Έφθαναν 60 νανοδευτερόλεπτα γρηγορότερα.
Πολλοί φυσικοί υποψιάστηκαν εξαρχής ότι το αποτέλεσμα οφείλεται σε κάποιο συστηματικό σφάλμα.
Η διαφορά των 60 νανοδευτερολέπτων, σύμφωνα πληροφορίες που διέρρευσαν από την ομάδα του πειράματος, οφειλόταν σε μια κακή σύνδεση μεταξύ ενός καλωδίου οπτικών ινών που συνέδεε τον δέκτη GPS (διόρθωνε τον χρονισμό της πτήσης των νετρίνων) με μια ηλεκτρονική κάρτα ενός υπολογιστή. Με την αποκατάσταση της σύνδεσης οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι έπαψε να υπάρχει η διαφορά των 60 νανοδευτερολέπτων και ότι η ταχύτητα του φωτός είναι ακόμη η μέγιστη ταχύτητα που εμφανίζεται στο Σύμπαν.
news.sciencemag.org

Διαβάστε επίσης:
1. Πως φτιάχνουμε μια δέσμη νετρίνων
2. Πως ανιχνεύουμε νετρίνα
3. OPERA εναντίον βιολιστή

Νετρίνα αποκαλύπτουν μια σπάνια αστρική σύντηξη

Ο ανιχνευτής Borexino "βλέπει" την αντίδραση PEP στο εσωτερικό του Ήλιου

Γνωρίζουμε ότι στο εσωτερικό άστρων όπως ο Ήλιος μας μετατρέπεται το υδρογόνο (πρωτόνιο - ¹H ) σε ήλιο (⁴He) με μια σειρά διαδοχικών πυρηνικών αντιδράσεων.
Το συνολικό αποτέλεσμα της καύσης του υδρογόνου περιγράφεται από την διαδικασία

4¹H → ⁴He + 2e⁺ + 2ν + 26.73 MeV

Eίναι προφανές ότι η πιθανότητα της ταυτόχρονης αλληλεπίδρασης τεσσάρων πρωτονίων στο εσωτερικό του Ήλιου είναι μηδενική. Τα βήματα για την παραπάνω διαδικασία αναμένεται να είναι μάλλον αλληλεπιδράσεις μεταξύ δυο πυρήνων.
Με ποια αλληλεπίδραση ξεκινάει η μετατροπή των πρωτονίων (πυρήνες υδρογόνου) σε πυρήνες ηλίου;
Το πρώτο βήμα θα μπορούσε να είναι η αντίδραση

p + p → ²He

και στη συνέχεια

p + ²He → ³Li

αλλά oι πυρήνες ²He και ³Li είναι ασταθείς.
Το παραπάνω πρόβλημα έλυσαν οι Bethe και Critchfield το 1938, αποδεικνύοντας ότι η διαδικασία ξεκινάει με την αντίδραση ασθενούς αλληλεπίδρασης (και όχι ισχυρής)

p + p → ²H + e⁺ + ν

μέσω της οποίας σχηματίζεται ένας πυρήνας δευτερίου ένα ποζιτρόνιο και ένα νετρίνο.
Το μεγαλύτερο ποσοστό νετρίνων που παράγονται στον Ήλιο προέρχονται απ’ αυτή την αντίδραση.
Όμως το 1969 ο Bahcall πρότεινε και μια εναλλακτική αντίδραση σύντηξης για τον σχηματισμό δευτερίου στο εσωτερικό του Ήλιου

p + e^- + p → ²H + ν

Επειδή πρόκειται για αλληλεπίδραση μεταξύ τριών σωματιδίων η πιθανότητα να πραγματοποιηθεί είναι κατά 10000 φορές μικρότερη από την πιθανότητα της αντίδρασης (p + p).
H αντίδραση αυτή ονομάζεται PEP, για ευνόητους λόγους.
Η αντίδραση ΡΕΡ δεν παίζει ουσιαστικό ρόλο στην μετατροπή του υδρογόνου προς ήλιο, είναι όμως σημαντική όσον αφορά την ανίχνευση των ηλιακών νετρίνων δεδομένου ότι διαμέσου αυτής της αντίδρασης παράγονται νετρίνα υψηλής ενέργειας (Ε_ν=1.44 MeV)

Τα νετρίνα από την σπάνια αυτή αντίδραση στο εσωτερικό του Ήλιου ανιχνεύθηκαν από τον ανιχνευτή Borexino, που βρίσκεται κάτω από ένα βουνό στην κεντρική Ιταλία.

Ενεργειακό φάσμα των ηλιακών νετρίνων

Μέχρι σήμερα οι περισσότεροι ανιχνευτές «ηλιακών» νετρίνων ήταν ευαίσθητοι σε νετρίνα υψηλών ενεργειών μεταξύ 5 έως 18 ΜeV. Όμως η συντριπτική πλειοψηφία των ηλιακών νετρίνων έχει ενέργειες κάτω από 5 MeV και ο Borexino κατασκευάστηκε ειδικά για τη μελέτη αυτών των νετρίνων.
Η ανίχνευση των νετρίνων είναι υπερβολικά δύσκολη διότι τα σωματίδια αυτά σπάνια αλληλεπιδρούν με την ύλη. Αν μάλιστα έχουν και μικρή ενέργεια τότε ο εντοπισμός τους είναι δυσκολότερος.
Όπως και άλλοι ανιχνευτές, ο Borexino βρίσκεται σε μεγάλο βάθος κάτω από τη Γη, στο εργαστήριο του Ινστιτούτου Πυρηνικής Φυσικής στο Gan Sasso, έτσι ώστε να προστατεύεται από τον «θόρυβο» της κοσμικής ακτινοβολίας. Ο ανιχνευτής που περιέχει περίπου 280 τόνους υγρού σπινθηριστή, εντοπίζει τα νετρίνα από το φως που παράγεται όταν αυτά αλληλεπιδρούν με τα ηλεκτρόνια του σπινθηριστή.
Σύμφωνα με τα δεδομένα που συγκεντρώνονται από τον Ιανουάριο του 2008, οι ερευνητές παρατήρησαν ότι η ανίχνευση των ηλιακών νετρίνων με ενέργεια των 1,44 MeV (που δημιουργούνται διαμέσου της ΡΕΡ) είναι πολύ σπάνια.
Διαπίστωσαν ότι, κατά μέσο όρο, 3,1 ΡΕΡ νετρίνα συγκρούονται με τους 100 τόνους του υλικού του ανιχνευτή. Ο ερευνητής της ομάδας του Borexino, Gianpaolo Bellini, ανακοίνωσε ότι για πρώτη φορά ανιχνεύονται τα νετρίνα PEP (που προβλέφθηκαν το 1969 από τον Bahcall),
και ότι οι παρατηρήσεις του Borexino συμφωνούν με το καθιερωμένο μοντέλο που περιγράφει τις διαδικασίες στο εσωτερικό του Ήλιου.
Οι ερευνητές του Borxino μειώνοντας τα επίπεδα του υποβάθρου θα συλλέξουν περισσότερα στοιχεία, και όχι μόνο για τα νετρίνα PEP. Για παράδειγμα, υπάρχει ένα μικρό ποσοστό νετρίνων που προέρχονται από τις πυρηνικές αντιδράσεις του κύκλου άνθρακα-αζώτου-οξυγόνου (CNO).

Με την ανίχνευση αυτών των νετρίνων αναμένεται να λυθεί και το πρόβλημα της «μεταλλικότητας» στη σύνθεση της ηλιακής ατμόσφαιρας (τα στοιχεία Be, B, C, Ο, N θεωρούνται μέταλλα από τους αστροφυσικούς).
physicsworld.com
Claus E. Rolfs, William S. Rodney, «Cauldrons in the Cosmos»

Υποβρύχιο τηλεσκόπιο νετρίνων στα βάθη της Μεσογείου

Το KM3Net θα εντοπίζει νετρίνα και θα αναζητά στοιχεία για «βίαια» κοσμικά φαινόμενα

Διαβάστε επίσης: Antares: το μεγαλύτερο υποβρύχιο τηλεσκόπιο νετρίνων 

Mια καλλιτεχνική άποψη της πιθανής διάταξης του KM3NeT (Marco Kraan/Property KM3NeT Consortium)

Η Ευρωπαϊκή Ένωση χρηματοδοτεί την κατασκευή ενός τηλεσκοπίου που θα εγκατασταθεί στα βάθη της Μεσογείου. Το KM3Net θα εντοπίζει νετρίνα και θα αναζητά πληροφορίες για «βίαια« κοσμικά φαινόμενα όπως τα σουπερνόβα ή ακόμη και η Μεγάλη Έκρηξη. Οι επιστήμονες ευελπιστούν ότι το KM3Net είναι πιθανό να αποκαλύψει άγνωστα μέχρι σήμερα φαινόμενα που δεν είναι εφικτό να εντοπιστούν με τα υπάρχοντα όργανα διαστημικής παρατήρησης. Το τηλεσκόπιο θα τοποθετηθεί σε βάθος περίπου δύο χλμ και το κόστος του αναμένεται να αγγίξει τα 250 εκατομμύρια ευρώ.

Το τηλεσκόπιο του...πυθμένα

Την κατασκευή του «Τηλεσκόπιου Νετρίνων Κυβικού Χιλιομέτρου» (Multi-Cubic Kilometre Neutrino Telescope) ή KM3NeT οργανώνει το δίκτυο ASPERA. Πρόκειται για ένα δίκτυο που αναζητά και συγκεντρώνει χρηματοδοτήσεις από ευρωπαϊκές κρατικές υπηρεσίες για αστρονομικά ερευνητικά προγράμματα.

Το KM3NeT θα είναι μια πολύ μεγάλη εγκατάσταση που θα αποτελείται από περίπου 12 χιλιάδες αισθητήρες ο καθένας εκ των οποίων θα έχει μέγεθος ανάλογο με εκείνο που έχουν οι πολύχρωμες πλαστικές μπάλες με τις οποίες παίζουν οι λουόμενοι στις παραλίες. Η έκταση του τηλεσκοπίου υπολογίζεται σε περίπου ένα κυβικό χιλιόμετρο. Η εγκατάσταση θα τοποθετηθεί σε βάθος περίπου δύο χιλιομέτρων κάτω από την θάλασσα και οι αισθητήρες θα τοποθετηθούν σε κάθετες σειρές. Το ύψος του τηλεσκοπίου θα ξεπερνάει τα 500 μέτρα......

Τα νετρίνα εξακολουθούν να είναι γρηγορότερα από το φως

... σύμφωνα με νεότερα δεδομένα του πειράματος OPERA

Η ομάδα του πειράματος OPERA επανεξέτασε τα δεδομένα της και επιπλέον έτρεξε μια δεύτερη σειρά μετρήσεων από 21 Οκτωβρίου έως 6 Νοεμβρίου. Νετρίνα παράχθηκαν για άλλη μια φορά στο CERN και ανιχνεύθηκαν 20 από αυτά στον ανιχνευτή του Gran Sasso. Μπορεί ο αριθμός αυτός να είναι πολύ μικρότερος σε σύγκριση με τα 16.000 γεγονότα του αρχικού πειράματος αλλά σύμφωνα με τους ερευνητές η ακρίβεια ήταν πολύ μεγαλύτερη και επιβεβαιώθηκαν τα αρχικά αποτελέσματα. Χθες δημοσιεύθηκε στο διαδίκτυο η αναθεωρημένη έκδοση του πειράματος (arxiv.org) που θα υποβληθεί στο Journal of High Energy Physics. Ας σημειωθεί ότι κάποια μέλη της ομάδας OPERA που δεν είχαν υπογράψει την αρχική δημοσίευση τώρα ήραν τις αντιρρήσεις τους αποδεχόμενοι το γεγονός ότι το πείραμα μετράει ταχύτητες μεγαλύτερες του φωτός....
newscientist.com

Διαβάστε επίσης:
1. Πως φτιάχνουμε μια δέσμη νετρίνων
2. Πως ανιχνεύουμε νετρίνα
3. OPERA εναντίον βιολιστή

Το πείραμα OPERA επαναλαμβάνεται

Η ταχύτητα των νετρίνων θα ξαναμετρηθεί

O ανιχνευτής νετρίνων OPERA στο Gran Sasso

Ο πρόσφατος ισχυρισμός Ευρωπαίων επιστημόνων ότι βρέθηκε για πρώτη φορά κάτι στο σύμπαν -το υποατομικό σωματίδιο νετρίνο- που σπάει το φράγμα ταχύτητας του φωτός, σε αντίθεση με τη θεωρία σχετικότητας του Αϊνστάιν, προκάλεσε αναβρασμό στη διεθνή επιστημονική κοινότητα, η οποία απαίτησε τον επανέλεγχο των πειραματικών δεδομένων.

Έτσι, οι φυσικοί της ομάδας OPERA, που χρησιμοποιούν έναν υπόγειο ανιχνευτή στο Γκραν Σάσο της κεντρικής Ιταλίας, όπου λαμβάνουν δέσμες νετρίνο, τα οποία έχουν σταλεί από το CERN στη Γενεύη, σε μια απόσταση περίπου 730 χιλιομέτρων, ανακοίνωσαν ότι θα πραγματοποιήσουν μια νέα σειρά πολύ ακριβών μετρήσεων για να κάνουν επανέλεγχο στο αρχικό συμπέρασμά τους -που απειλεί να φέρει τα πάνω κάτω στη σύγχρονη φυσική.

Αυτό σημαίνει ότι θα καθυστερήσουν περίπου κατά ένα μήνα τη δημοσίευση των πορισμάτων τους σε έγκριτο επιστημονικό περιοδικό. Σοβαρές ενστάσεις και αμφιβολίες για την ορθότητα του επαναστατικού συμπεράσματος και για το κατά πόσο η σχετική δημόσια ανακοίνωση υπήρξε πρόωρη έχουν ήδη εκφράσει όχι μόνο επιστήμονες που δεν εργάστηκαν στο πείραμα OPERA, αλλά και ερευνητές - μέλη της ίδιας της κοινοπραξίας.

Η αρχική προδημοσίευση έγινε στις 22 Σεπτεμβρίου στην online υπηρεσία επιστημονικών δημοσιεύσεων arXiv και αμέσως ο διεθνής Τύπος κατακλύστηκε από τους σχετικούς τίτλους. Όπως ανακοινώθηκε τότε, μετά από παρατηρήσεις στο διάστημα 2009-2011, υπολογίστηκε ότι τα νετρίνο έκαναν την απόσταση CERN - Γκραν Σάσο κατά 60 νανοδευτερόλεπτα ταχύτερα από το φως. Όμως, μερικά μέλη της 160μελούς επιστημονικής κοινοπραξίας επιμένουν ότι χρειάζονται νέες μετρήσεις, ώστε να υπάρχει απόλυτη βεβαιότητα ότι το ανατρεπτικό συμπέρασμα δεν είναι προϊόν σφάλματος.

Οι νέες μετρήσεις θα γίνουν, αφού προηγουμένως αλλάξει η ακτίνα νετρίνο που στέλνει το CERN, το οποίο παράγει τα συγκεκριμένα σωματίδια, κάνοντας συγκρούσεις παλμών πρωτονίων πάνω σε ένα στόχο από γραφίτη. Έως τώρα, ο κάθε παλμός διαρκούσε περίπου 10.500 νανοδευτερόλεπτα, ενώ πλέον ο παλμός θα διαχωριστεί σε δέσμες διάρκειας ενός έως δύο νανοδευτερολέπτων η κάθε μία, οι οποίες θα διαχωρίζονται μεταξύ τους από χρονικά κενά της τάξης των 500 νανοδευτερολέπτων. Με την αλλαγή αυτή, επιδιώκεται να συσχετισθεί με μεγαλύτερη ακρίβεια κάθε εμφάνιση νετρίνο, που θα καταγράφει ο ανιχνευτής-δέκτης του OPERA, με μια απολύτως συγκεκριμένη εκπομπή νετρίνο στον επιταχυντή-αποστολέα του CERN. Στόχος είναι να γίνει με ακόμα μεγαλύτερη ασφάλεια η μέτρηση του χρόνου που χρειάζεται ένα συγκεκριμένο νετρίνο για να ταξιδέψει από το εργαστήριο της Γενεύης έως το εργαστήριο του Γκραν Σάσο.

Οι προηγούμενες μετρήσεις -και, κατά συνέπεια, το επαναστατικό συμπέρασμα- βασίστηκαν σε στατιστική ανάλυση, που συνέκρινε όχι τα επιμέρους νετρίνο, αλλά το σύνολο των σωματιδίων που εκπέμπονταν στο CERN, με αυτά που ανίχνευε το μηχάνημα του OPERA. Οι σκεπτικιστές πιστεύουν ότι αυτή η μέθοδος στατιστικής ανάλυσης δεν είναι αξιόπιστη, όταν κανείς έχει να κάνει με τόσο αστραπιαίες ταχύτητες και με τόσο ασήμαντες χρονικές αποκλίσεις.

Οι ερευνητές του OPERA θα κάνουν επί δέκα μέρες νέες μετρήσεις και υπολογισμούς με βάση τη νέα μέθοδο, ξεκινώντας μάλλον αυτή την εβδομάδα. Σε αυτό το χρονικό διάστημα πιστεύουν ότι θα έχουν την ευκαιρία να «πιάσουν» 12 νετρίνο και να μετρήσουν τον χρόνο του ταξιδιού τους. Έτσι, είτε θα επιβεβαιώσουν το προηγούμενο πόρισμά τους, είτε θα το ανατρέψουν.

Η επιστημονική κοινότητα αναμένει με μεγάλη ανυπομονησία τις νέες μετρήσεις, καθώς είναι ουκ ολίγοι οι φυσικοί που δηλώνουν βέβαιοι ότι κάποιο λάθος είχε γίνει πριν, ενώ δεν λείπουν και αυτοί που προβληματίζονται για τις συνέπειες, αν τελικά η ανακάλυψη επιβεβαιωθεί.

Πηγή: ΑΠΕ - ert.gr

Το νετρίνο Majorana δεν είναι Δράκουλας

Στις 25 Mαρτίου του 1938 ο ιδιοφυής φυσικός Ettore Majorana (Έττορε Mαγιοράνα), καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Nάπολης, επιβιβάζεται στο φέρυ μπόουτ που κάνει τη διαδρομή Nάπολη – Παλέρμο. Έκτοτε αγνοούνται τα ίχνη του. Οι έρευνες δεν οδήγησαν πουθενά, άλλοι μιλάνε γι' αυτοκτονία και άλλοι ότι κρύφτηκε στη Νότιο Αμερική.
Όπως και νάχει το όνομά του Ettore Majorana ήρθε ξανά στην επικαιρότητα μετά από την δημοσίευση του Fabrizio Tamburini, ο οποίος επιχειρεί να ερμηνεύει το αποτέλεσμα του πειράματος OPERA χρησιμοποιώντας την θεωρία σχετικά με το νετρίνο του Majorana. Για να πάρουμε μια ελάχιστη ιδέα του τι είναι νετρίνο Majorana ... ξεκινάμε από την αρχή!

Η εξίσωση Dirac και η αντιύλη
Όταν ο Schrödinger κατασκεύασε την περίφημη εξίσωσή του όλοι γνώριζαν ότι αυτή δεν μπορεί να εφαρμοστεί σε σχετικιστικά σωματίδια (αυτά που κινούνται με ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός). Ο λόγος είναι ότι το σημείο εκκίνησης για την κατασκευή της εξίσωσης Schrödinger είναι η κλασική σχέση ενέργειας – ορμής:

Ε = p²/2m

Αυτός που κατάφερε να συνδέσει την κβαντομηχανική με την ειδική θεωρία της σχετικότητας ήταν ο Dirac. Όμως η εξίσωση του Dirac, που αντικατέστησε την εξίσωση Schrödinger – ενώ είχε αρκετές επιτυχίες, πχ εξηγούσε το σπιν των σωματιδίων - έδινε λύσεις στις οποίες έπρεπε να δεχθούμε σωματίδια με αρνητικές ενέργειες.
Αυτό μάλλον ήταν εξαρχής αναμενόμενο, δεδομένου η αφετηρία για την κατασκευή της εξίσωσης Dirac είναι η σχετικιστική σχέση ενέργειας – ορμής:

Ε² = c²p²+m²c²

(Αν επιλύσουμε την εξίσωση αυτή ως προς Ε, προκύπτουν δυο τιμές για την ενέργεια – μια θετική και μια αρνητική)
Από μόνο του το γεγονός αυτό ήταν αρκετό για να απορριφθεί η θεωρία του Dirac, όπως άλλωστε έγινε με την εξίσωση Klein-Gordon.
Mεταξύ των θετικών και των αρνητικών ενεργειών μεσολαβεί ένα χάσμα εύρους 2mc². Έτσι - ενώ σύμφωνα με την κλασική φυσική οι αρνητικές ενέργειες θα ήταν απρόσιτες ένα σωματίδιο - στην κβαντομηχανική τα πράγματα είναι διαφορετικά. Εκεί οι ασυνεχείς μεταβολές είναι στην ημερήσια διάταξη και οι μεταπτώσεις από την περιοχή των θετικών ενεργειών προς την περιοχή των αρνητικών ενεργειών θα μπορούσαν να προκληθούν ακόμη και από μια ασθενέστατη διαταραχή. Και δεδομένου ότι δεν υπάρχει ένα κάτω φράγμα στις αρνητικές ενέργειες, μπορούμε να φανταστούμε ένα απεριόριστο «κατρακύλισμα» του σωματιδίου σ’ αυτή την ατέρμονα ενεργειακή σκάλα με διαρκή εκπομπή της πλεονάζουσας ενέργειας. Με λίγα λόγια κάθε ελεύθερο σωματίδιο θα προσφερόταν έτσι ως ένα ανεξάντλητο απόθεμα ενέργειας, ικανό να λύσει το ενεργειακό πρόβλημα για πάντα!
Τα σωματίδια αρνητικής ενέργειας θα μπορούσαν να προσφ΄ρουν κι άλλες καλές ιδέες σ’ έναν συγγραφέα επιστημονικής φαντασίας. Διότι αρνητική ενέργεια σημαίνει αναγκαστικά αρνητική μάζα (στο μυαλό μας έχουμε τη σχέση Ε = mc²), δηλαδή αρνητική αδράνεια και αρνητική επίσης βαρυτική μάζα.
Έτσι ένα σωματίδιο αρνητικής ενέργειας θα δέχεται και θα ασκεί απωστικές βαρυτικές δυνάμεις στα συνηθισμένα σωματίδια και επίσης θα «αισθάνεται» με αντίθετο πρόσημο και κάθε άλλη δύναμη.
Οι αρνητικές ενέργειες για ελεύθερα σωματίδια είναι σίγουρα κατάλληλες για σενάρια επιστημονικής φαντασίας αλλά δεν μπορεί να έχουν θέση σε μια σοβαρή φυσική θεωρία.

H άρση του αδιεξόδου έγινε από τον ίδιο τον Dirac με την ριζοσπαστική πρόβλεψη της ύπαρξης των αντισωματιδίων (τα σωματίδια της αντιύλης).
Η ιδέα του Dirac ήταν πολύ απλή. Αφού οι καταστάσεις αρνητικής ενέργειας δεν μπορούν να εξοριστούν με «διοικητικά» μέτρα, θα πρέπει τουλάχιστον να εμποδιστεί η πρόσβαση σ’ αυτές με τον μόνο μηχανισμό που έχει στη διάθεσή της μια κβαντική θεωρία για να το επιτύχει – την απαγορευτική αρχή του Pauli......

Τα νετρίνα είναι σωματίδια Majorana. Η σχετικότητα ισχύει

Ο Fabrizio Tamburini (βλ. αριστερά) είναι ένας φίλος μου απ’ τα παλιά. Τον γνωρίζω από το 1976, όταν και οι δυο μας συνηθίζαμε να παρακολουθούμε τις συγκεντρώσεις του “ Σωματίου Αστρόφιλων της Βενετίας” στο Lido της Βενετίας. Η αγάπη μας για την αστρονομία μας έφερε κοντά, αλλά ο καθένας μας πήρε διαφορετικό δρόμο στις επιστημονικές του δραστηριότητες. Ίσως ο Fabrizio παρέμεινε πιο πιστός στην αγάπη του για το σύμπαν, και σήμερα είναι ένας γνωστός, καταξιωμένος αστροφυσικός, που μελετάει πρωτοποριακές ιδέες στη φυσική της διάδοσης των πρωτονίων καθώς και άλλες ιδέες. Επανειλημμένως τον κάλεσα να γράψει στο blog μου για την έρευνά του, αλλά μέχρι τώρα δεν έχει δεχτεί, κυρίως λόγω έλλειψης χρόνου…Είμαι σίγουρος ωστόσο πως σύντομα θα το κάνει. Εν τω μεταξύ, θα μιλήσει στο TEDx Bologna στις 15 Οκτωβρίου για τη θεωρία του στους στρόβιλους φωτονίων. Τελος πάντων ας επιστρέψουμε στο νετρίνο.

Το πρόσφατο αποτέλεσμα του πειράματος Opera που προτείνει μία πιθανή υπερφωτεινή κίνηση των νετρίνων παραγόμενη στο CERN και προωθημένη υπόγεια στη σπηλιά του Gran Sasso στην κεντρική Ιταλία, αύξησε την περιέργια του Tamburini. Μαζί με τον Marco Laveder, ένα συνεργάτη μας από το τμήμα της φυσικής του πανεπιστημίου της Πάντοβας, ο Tamburini, έγραψε πρόσφατα ένα ενδιαφέρον άρθρο στο οποίο εξηγεί πως η θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν δεν πρέπει να αμφισβητηθεί από τη νέα μέτρηση : Αντί αυτού το δεδομένο πως τα νετρίνα μπορούν να εμφανίσουν μία φανερή υπερφωτεινή κίνηση είναι έμφυτο στη θεωρία που έγραψε ήδη το 1932 ο Ettore Majorana, ο ταλαντούχος και μυστηριώδης Ιταλός φυσικός , ο οποίος εξαφανίστηκε λίγο μετά, πιθανώς για να ζήσει στη Νότια Αμερική με ψευδή ταυτότητα.

Το άρθρο του Tamburini και του Laveder (το οποίο μπορείτε να κατεβάσετε από το Arxiv), εξηγεί πώς μία ψευδή παράμετρος “εικονικής μάζας” στη λύση των εξισώσεων του Majorana για τη διάδοση των νετρίνων μπορεί να είναι υπεύθυνη για την παρατηρημένη υπερφωτεινή κίνηση των νετρίνων σε ένα πυκνό υλικό.

Συγκεκριμένα, οι συγγραφείς ξεκινούν από την υπόθεση πως η παρατηρούμενη υπερφωτεινή ταχύτητα των νετρίνων μπορεί να προέρχεται από υλικές επιρροές, και υπολογίζουν την πραγματική εικονική μάζα που αντιστοιχεί στο καθένα από τις πειραματικές μετρήσεις.

Αυτό που βρίσκω ενδιαφέρον είναι πως ο Tamburini και ο Laveder δεν σταματούν να συζητούν τη θεωρητική ερμηνεία της υποτειθέμενης υπερφωτεινής κίνησης, αλλά εξετάζοντας βάζουν την υπόθεσή τους συγκρίνοντας γνωστές μετρήσεις της ταχύτητας του νετρίνου σε ένα γράφημα, όπου η εικονική μάζα υπολογίζεται από την ενέργεια των νετρίνων και την απόσταση που έχουν ταξιδέψει σε ένα πυκνό υλικό. Τα δεδομένα δείχνουν μία πολύ γραμμική συμπεριφορά, που μπορεί να αποτελέσει μία εξήγηση του αποτελέσματος του πειράματος Opera:
Tomasso Dorigo - qdepizwn.wordpress.com

The neutrino song

Oι Corrigan Brothers εμπνέονται από το αποτέλεσμα του πειράματος OPERA(Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus), σύμφωνα με το οποίο τα στοιχειώδη σωματίδια νετρίνα, κινήθηκαν με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός. Οι πειραματιστές του OPERA δημιιούργησαν νετρίνα στο CERN στην Γενεύη τα οποία διανύοντας μια απόσταση 730 χιλιομέτρων ανιχνεύθηκαν στο τούνελ του Gran Sasso στην Ιταλία.
"Toor a loo, toor a loo, toor a loo, toor-a-lino, is light now slower than a neutrino?" τραγουδούν οι Corrigan Brothers, σε ένα μάλλον ξενέρωτο folk-rock τραγούδι....

http://youtu.be/vpMY84T8WY0

Το πείραμα που «ανακάτεψε τα χαρτιά της Φυσικής»

Η διαφάνεια με το αποτέλεσμα του πειράματος OPERA, από την ανακοίνωση που έκανε ο Dario Autiero στο CERN

Ο αναπληρωτής διευθυντής στο IN2P3, το Ερευνητικό Κέντρο για την Πυρηνική Φυσική και τα Στοιχειώδη Σωμάτια στο Ανώτατο Εθνικό Επιστημονικό Κέντρο Ερευνών της Γαλλίας, κ. Σταύρος Κατσανέβας μίλησε προς «Το Βήμα» σε σχέση με το πείραμα το οποίο έδωσε αποτελέσματα για την ταχύτητα των νετρίνων που σε πρώτη ανάγνωση αντίκεινται στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας όπως έχει διατυπωθεί από τον Αϊνστάιν.
- Ποια είναι η γνώμη σας για τα αποτελέσματα και τις μετρήσεις στο Γκραν Σάσο;

«Οι μετρήσεις έχουν όλα τα εχέγγυα της επιστημονικής σοβαρότητας. Είναι μια μέτρηση που διήρκεσε τρία χρόνια και ως τον περασμένο Μάρτιο κανένας δεν γνώριζε το αποτέλεσμα. Ηταν αυτό που λέμε μια “τυφλή” ανάλυση, δηλαδή οι ίδιοι οι ερευνητές είχαν εσκεμμένα εισαγάγει έναν αυθαίρετο παράγοντα που δεν τους επέτρεπε να γνωρίζουν το αποτέλεσμα όσο διαρκούσαν οι μετρήσεις. Αυτή η τεχνική χρησιμεύει ως μέσο καταπολέμησης του υποκειμενικού παράγοντα: γιατί υποσυνείδητα σταματάς να εργάζεσαι όταν το αποτέλεσμα μιας επί μέρους μέτρησης πηγαίνει προς τη “σωστή”, κατά την προκατάληψή σου, κατεύθυνση. Συγκεκριμένα, η μέτρηση, όπως κάθε μέτρηση ταχύτητας, περιέχει δύο σκέλη: τη γεωδεσική μέτρηση της απόστασης και τη μέτρηση του χρόνου που έκαναν τα νετρίνα για να ταξιδέψουν από το CERN στο Γκραν Σάσο.

Οσον αφορά το πρώτο σκέλος, την απόσταση, οι μετρήσεις έγιναν από δύο ανεξάρτητα από το πείραμα επαγγελματικά ινστιτούτα μετρολογίας και συμφωνούν με μια αβεβαιότητα 20 εκατοστών του μέτρου, σε μια απόσταση 730 χιλιομέτρων. Οσον αφορά τον χρόνο, το πιο λεπτό σημείο ήταν ο συγχρονισμός των ατομικών ρολογιών του CERN και του Γκραν Σάσο, και έγινε με τη χρήση GPS. Ολες οι επί μέρους χρονικές “καθυστερήσεις”, π.χ. ο χρόνος απόκρισης του ανιχνευτή και των ηλεκτρονικών, έγιναν με δύο διαφορετικούς τρόπους (ατομικά ρολόγια ή παράλληλη μέτρηση με οπτικές ίνες). Δεν είναι τυχαίο ότι στο σεμινάριο ανακοίνωσης των αποτελεσμάτων στο CERN, ο Σαμ Τινγκ, ο νομπελίστας φυσικός που πρόσφατα κατόρθωσε, έπειτα από δεκαπενταετή προσπάθεια, να εγκαταστήσει στον διαστημικό σταθμό τον ανιχνευτή κοσμικών ακτίνων AMS, έδωσε εύσημα επαγγελματισμού στην ομάδα που κάτω από την ηγεσία του ερευνητή του CNRS Ντάριο Οτιέρο έκανε αυτή τη μέτρηση. Οπως είπε χαρακτηριστικά, “έχω κάνει παρόμοιες μετρήσεις και δεν βλέπω τι άλλο έπρεπε να γίνει που δεν το κάνατε· ο μόνος δρόμος που απομένει πλέον είναι να ελεγχθεί αυτό το αποτέλεσμα από άλλα πειράματα”. Δεν είναι τυχαία τα εύσημα του Τινγκ, διότι φημίζεται για την αυστηρότητα και τη σχολαστικότητά του».

- Εσείς ποιά εμπλοκή είχατε στο πείραμα και στις εργασίες του Opera;

«Η τωρινή μου εμπλοκή είναι αυτή του υπευθύνου για λογαριασμό του Εθνικού Ινστιτούτου Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων (IN2P3) του CNRS, των προγραμμάτων Αστροσωματιδιακής Φυσικής, Κοσμολογίας και Νετρίνο, και επομένως των ερευνητικών ομάδων των εργαστηρίων της Λυών, του Στρασβούργου και του Ανεσύ, που έπαιξαν πρωταρχικό ρόλο σε αυτή τη μέτρηση, ταυτόχρονα με τις ιταλικές, ιαπωνικές, ελβετικές, βελγικές, ρωσικές και άλλες ομάδες της Opera. Ως εκ τούτου ήμουν και ο επιστημονικός υπεύθυνος του τρόπου που ανακοινώθηκε το αποτέλεσμα από το CNRS.

Σταύρος Κατσανέβας: Μερικά πρωτοσέλιδα ανακοίνωσαν την ανατροπή του Αϊνστάιν. Εφόσον οι μετρήσεις της Opera χρησιμοποιούν το GPS και η ακρίβεια του GPS βασίζεται στη θεωρία του Αϊνστάιν, θα ήταν αντιφατική η χρήση τους για να αποδειχθεί ότι ο Αϊνστάιν είναι “λάθος”

Ιστορικά όμως έχω μια ιδιαίτερη εμπλοκή με την Opera και τη δέσμη νετρίνων του CERN, αφού είναι το τελευταίο πείραμα όπου εργάστηκα προτού το 2002 αναλάβω τις σημερινές μου ευθύνες. Σε συνεργασία με τον Αλαν Μπολ και τον Νίκο Βασιλόπουλο σχεδιάσαμε αυτή τη δέσμη νετρίνων το 1995 _ ο Αλαν και ο Νίκος συνόδεψαν την κατασκευή αυτή ως και τα τελικά στάδια. Ημουν επίσης ο σχεδιαστής και ο υπεύθυνος του συστήματος λήψης δεδομένων της Opera που ήταν ιδιαίτερα πρωτοποριακό, αφού όλα τα περίπου 1.200 στοιχεία ανίχνευσης είναι αυτόνομα και κατευθείαν συνδεδεμένα στο Internet, αποτελώντας ίσως τη μεγαλύτερη πραγματοποίηση αυτού που λέμε “Internet των πραγμάτων”. Εχω λοιπόν και εγώ τον λίθο μου στο οικοδόμημα, από την κατασκευαστική πλευρά, αν και βέβαια η ευθύνη και η πιθανή τιμή της μέτρησης αξίζει στις τωρινές ομάδες και ιδιαίτερα στον Ντάριο Οτιέρο του Ινστιτούτου Πυρηνικής Φυσικής της Λυών. Αξίζει επίσης να αναφέρουμε ότι ο αρχηγός της ομάδας του Στρασβούργου είναι ο Ελληνοκύπριος Μάρκος Δράκος, που παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στο πείραμα».

Η αμφισβήτηση των υπερφωτεινών νετρίνων του πειράματος OPERA

Σύμφωνα με το nature.com από τις 22 Σεπτεμβρίου που έγινε η ανακοίνωση του πειράματος OPERA, έχουν δημοσιευθεί περισσότερα από 30 άρθρα που προσπαθούν να εξηγήσουν το αποτέλεσμα χρησιμοποιώντας διάφορες εξωτικές θεωρίες.
Όμως οι δυο εργασίες που αναφέρονται παρακάτω αμφισβητούν ευθέως το αποτέλεσμα του πειράματος:
1. O Carlo Contaldi, στο άρθρο του “The OPERA neutrino velocity result and the synchronisation of clocks” ισχυρίζεται ότι οι μετρήσεις ταχύτητας σαν αυτή που πραγματοποίησε το πείραμα OPERA απαιτούν κατάλληλο συγχρονισμό ρολογιών σε μη αδρανειακά συστήματα δεδομένου ότι η Γη περιστρέφεται.
Σύμφωνα με τον Carlo Contaldi, τo πείραμα OPERA δεν έλαβε υπόψη το γεγονός ότι ένταση του πεδίου βαρύτητας στο CERN δεν είναι ίδια με την ένταση στο Gran Sasso. Σύμφωνα με τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας μικρές διαφορές στη βαρύτητα σε δυο τόπους κάνει τα ρολόγια δουλεύουν με διαφορετικούς ρυθμούς.
Ο Dario Autiero από το Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής στη Λυών (IPNL), και συντονιστής του πειράματος, απαντά ότι τα ρολόγια ήταν σωστά συγχρονισμένα και ότι θα υποβάλλει προς δημοσίευση περισσότερες λεπτομέρειες, έτσι ώστε να ξεκαθαρίσουν τα πράγματα.

2. Οι Andrew Cohen και Sheldon Glashow στο άρθρο τους“New Constraints on Neutrino Velocities” αναφέρουν:
«Σύμφωνα με την ανακοίνωση της ομάδας του πειράματος OPERA, νετρίνα του μιονίου, με μέση ενέργεια 17.5 GeV, διέσχισαν την απόσταση των 730 km από το CERN στο Gran Sasso, και βρέθηκε ότι κινήθηκαν με ταχύτητα μεγαλύτερη της ταχύτητας του φωτός κατά 7,5 km/s.
Όμως αποδεικνύεται ότι, αν υποθέσουμε την ύπαρξη τέτοιων υπερφωτεινών νετρίνων, τότε αυτά θα χάνουν την ενέργειά τους γρήγορα, εξαιτίας της δημιουργίας των ζευγών ηλεκτρονίου-ποζιτρονίου:

ν_μ→ν_μ+e⁺+e^-

Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι τα περισσότερα νετρίνα θα έπρεπε να υποστούν αρκετές εκπομπές ζευγών στη διαδρομή, με αποτέλεσμα η δέσμη να απογυμνώνεται από τα υψηλής ενέργειας νετρίνα. Και ως εκ τούτου αμφισβητoύμε το αποτέλεσμα του OPERA.»

H ακτινοβολία ηλεκτρονίου-ποζιτρονίου από τα υπερφωτεινά νετρίνα (ακτινοβολία Cohen-Glashow) μοιάζει με την αντινοβολία Cerenkov όπου εκπέμπονται φωτόνια από ένα φορτισμένο σωμάτιο το οποίο φαίνεται να ταξιδεύει με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός

Μια εκτενέστερη ανάλυση για την εργασία των Cohen-Glashow μπορείτε να διαβάσετε ΕΔΩ.
Ας σημειωθεί ότι ο ένας εκ των δυο συγγραφέων της παραπάνω εργασίας, ο Sheldon Lee Glashow, έχει τιμηθεί με το βραβείο Νομπέλ Φυσικής το 1979, μαζί με τους Steven Weinberg και Abdus Salam.

Πολλοί προσπάθησαν, κανείς όμως δεν κατάφερε να διαψεύσει τον Αϊνστάιν

Μεγάλες προσδοκίες

O Αϊνστάιν βγάζει τη γλώσσα σε όσους τον αμφισβητούν

Η ανακοίνωση για τον εντοπισμό σωματιδίων που φαίνονται να ταξιδεύουν ταχύτερα από το φως έκανε αίσθηση την περασμένη εβδομάδα. Αν και μένει να αποδειχθεί αν οι παρατηρήσεις ευσταθούν, η Ιστορία έχει δείξει ότι το να στοιχηματίζει κανείς κατά του Αϊνστάιν είναι σίγουρος τρόπος να χάσει τα λεφτά του.

Εδώ και πάνω από έναν αιώνα, πολλοί προσπάθησαν να βρουν ασυνέπειες στη Γενική και την Ειδική Σχετικότητα -από διάφορους φυσικούς μέχρι το Ναζιστικό Κόμμα της Γερμανίας, το οποίο ενθάρρυνε τη δημοσίευση ενός έργου με τίτλο Εκατό Συγγραφείς Κατά του Αϊνστάιν. Και παρόλο που υπήρξαν πειραματικά αποτελέσματα που έδειχναν στην αρχή να διαψεύδουν τη σχετικότητα, όλα διαπιστώθηκε τελικά ότι δεν απέκλιναν από τη θεωρία.

Όπως επισημαίνει ο Πίτερ Γκάλισον, ιστορικός της επιστήμης στο Χάρβαρντ, η Σχετικότητα επέζησε μέχρι σήμερα «παρόλο που δοκιμάστηκε πιο σκληρά από οποιαδήποτε άλλη θεωρία στις φυσικές επιστήμες».

Ακόμα και ο ίδιος ο Αϊνστάιν έκανε λάθος όταν αποκάλεσε τη λεγόμενη κοσμολογική σταθερά τη «μεγαλύτερη γκάφα» του. Ο μεγάλος φυσικός είχε εισάγει τη σταθερά στη Γενική Σχετικότητα ως δύναμη που εμποδίζει την κατάρρευση του Σύμπαντος. Το 1998, όμως, νέες παρατηρήσεις έδειξαν δεν επρόκειτο για γκάφα, αφού η διαστολή του Σύμπαντος επιταχύνεται λόγω μιας μυστηριώδους δύναμης που αντιστοιχεί στην κοσμολογική σταθερά.

Δεδομένης της μαθηματικής κομψότητας των θεωριών του Αϊνστάιν και μιας πληθώρας πειραμάτων που τις επιβεβαιώνουν, οι 12 επιστήμονες που κλήθηκαν να σχολιάσουν την τελευταία είδηση στο Associated Press ήταν επιφυλακτικοί, δύσπιστοι, ή απλά δεν την πίστεψαν.....

Πως ανιχνεύουμε νετρίνα

Ο περιβόητος ανιχνευτής νετρίνων OPERA στο Gran Sasso στην Ιταλία

(Η φυσιολογική συνέχεια της ανάρτησης «Πως φτιάχνουμε μια δέσμη νετρίνων»....)
Τεράστιος αριθμός νετρίνων καθημερινά και σε κάθε στιγμή διασχίζει το σώμα μας χωρίς να το αντιλαμβανόμαστε.
Νετρίνα που δημιουργούνται από τις πυρηνικές αντιδράσεις στο εσωτερικό του ήλιου, νετρίνα που δημιουργούνται από τις κοσμικές ακτίνες στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, νετρίνα που έχουν δημιουργηθεί από εκρήξεις σουπερνόβα, και επιπλέον αρχέγονα νετρίνα που δημιουργήθηκαν στα πρώτα λεπτά της δημιουργίας του σύμπαντος και αποτελούν τώρα το κοσμικό υπόβαθρο νετρίνων (αντίστοιχο του κοσμικού υποβάθρου της μικροκυματικής ακτινοβολίας).
Τα νετρίνα αλληλεπιδρούν σπάνια με την ύλη και μπορούν να διασχίσουν ακόμη και την Γη ολόκληρη χωρίς να αλληλεπιδράσουν. Όμως, έστω και ένα πολύ μικρό ποσοστό αλληλεπιδρά με την ύλη και γι αυτό άλλωστε γνωρίζουμε την ύπαρξή τους.
Αν ένα νετρίνο εισέλθει στον πυρήνα ενός ατόμου και (μιλώντας χονδρικά) φθάσει πολύ κοντά σε κάποιο κουάρκ (ή αντικουάρκ) - που αποτελούν τα συστατικά πρωτονίων και νετρονίων – τότε υπάρχει μια μικρή πιθανότητα το νετρίνο να «συγκρουστεί» με ένα κουάρκ ή αντικουάρκ. Το ίδιο μπορεί να συμβεί όταν ένα νετρίνο «συγκρούεται» με ένα ηλεκτρόνιο όταν βρεθεί κοντά σε κάποιο άτομο.
Αλλά αυτή η διαδικασία δεν συμβαίνει πολύ συχνά, διότι σχετίζεται με την ασθενή πυρηνική δύναμη.
Ας υποθέσουμε ότι ένα νετρίνο «χτυπάει» ένα κουάρκ ή αντικουάρκ στο εσωτερικό ενός ατομικού πυρήνα. Τι θα συμβεί στη συνέχεια;
Αν το νετρίνο έχει μεγάλη ενέργεια μπορεί να διασπάσει τον πυρήνα σε πρωτόνια και νετρόνια ή ακόμη να δημιουργηθούν μερικά πιόνια (ένας τύπος αδρονίων που συνίστανται όπως τα πρωτόνια και τα νετρόνια από κουάρκ και αντικουάρκ).
Το νετρίνο εν τω μεταξύ θα εξακολουθεί να μην ανιχνεύεται, τα ανακρουόμενα όμως πρωτόνια, νετρόνια και πιόνια μπορούν να παρατηρηθούν, διότι αλληλεπιδρούν στη συνέχεια με άλλους πυρήνες διασπώντας τους.
Στην πραγματικότητα υπάρχει και μια άλλη δυνατότητα. Μερικές φορές κατά την αλληλεπίδραση ενός νετρίνο με ένα κουάρκ ή αντικουάρκ, το νετρίνο μπορεί να «μετατραπεί» σε ένα φορτισμένο λεπτόνιο, όπως ένα ηλεκτρόνιο, ή μιόνιο ή ταυ.
Στην περίπτωση αυτή μπορούμε να ανιχνεύσουμε επιπλέον και το ηλεκτρόνιο (το μιόνιο ή τα προϊόντα διάσπασης του ταυ) στο οποίο «μεταμορφώθηκε» το νετρίνο.
Συνεπώς, μπορούμε να ανιχνεύσουμε νετρίνα έμμεσα, ανιχνεύοντας ηλεκτρόνια ή μιόνια ή πρωτόνια, νετρόνια και πιόνια, ως προϊόντα της σπάνιας αλληλεπίδρασης του νετρίνου με την ύλη.
Ένας τρόπος λοιπόν για την μελέτη των νετρίνων είναι η δημιουργία ισχυρών δεσμών νετρίνων (όπως αυτή που δημιουργείται στο CERN και κατευθύνεται στο Gran Sasso, στο πείραμα OPERA), και η κατασκευή ανιχνευτών που θα εντοπίζει πρωτόνια, νετρόνια, πιόνια, μιόνια ή και ηλεκτρόνια που εμφανίζονται όταν ένας πυρήνας αλληλεπιδρά με ένα νετρίνο.
Αλλά πρέπει να έχουμε υπομονή. Το πείραμα OPERA χρειάστηκε 3 χρόνια για να ανιχνεύσει περίπου 16000 νετρίνα, δηλαδή ελάχιστα νετρίνα κάθε μέρα.
Υπάρχουν πολλοί και διαφορετικοί ανιχνευτές νετρίνων στον κόσμο, που χρησιμοποιούν διαφορετικά υλικά και στρατηγική.
Μια συνηθισμένη τεχνική είναι η δημιουργία ενός τεράστιου ανιχνευτή γεμισμένου με νερό ή κάποιο άλλο υγρό, βαθιά κάτω από τη Γη για την αποφυγή του υποβάθρου που δημιουργείται από τις κοσμικές ακτίνες (Ο ελληνικός ανιχνευτής νετρίνων NESTOR, μέσα στη βαθιά θάλασσα της Πύλου χρησιμοποιεί το νερό της θάλασσας για τον σκοπό αυτό).
Υπάρχουν επίσης ανιχνευτές νετρίνων που βασίζονται στην ασθενή αλληλεπίδραση του νετρίνο με άτομα χλωρίου

ή με άτομα γαλλίου

που χρησιμοποιήθηκαν κυρίως για την επίλυση του προβλήματος των ηλιακών νετρίνων. (βλέπε «Νετρίνο: το σωματίδιο που απειλεί τα αξιώματα της Φυσικής».
profmattstrassler.com

Πως φτιάχνουμε μια δέσμη νετρίνων

Σχήμα 1

Στην αρχή δημιουργούμε μια δέσμη πρωτονίων σε έναν επιταχυντή όπως ο Large Hadron Collider (LHC). (Το πώς γίνεται αυτό είναι μια άλλη ιστορία που περιγράφεται στο Βίντεο «Πως λειτουργεί ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) στο CERN»).
Η δέσμη κατευθύνεται σε έναν «στόχο», ένα λεπτό πλακίδιο από κάποιο υλικό. Tα πρωτόνια θα χτυπήσουν τους ατομικούς πυρήνες του υλικού και θα τους διασπάσουν όχι μόνο στα συστατικά τους, αλλά δημιουργώντας κατά την διάρκεια αυτής της διαδικασίας και πολλά άλλα σωματίδια, συμπεριλαμβανομένων και των πιονίων. Τα πιόνια είναι σωματίδια που κατατάσσονται στα αδρόνια και φέρουν θετικό ή αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο.
Όλα αυτά τα σωματίδια διαφεύγουν από το πίσω μέρος του στόχου, αποτελώντας μια νέα δέσμη σωματιδίων από πρωτόνια, νετρόνια, πιόνια και μερικά άλλα σωματίδια.
Βάζοντας έναν μαγνήτη πίσω από τον στόχο η νέα δέσμη των σωματιδίων διαχωρίζεται ανάλογα με το είδος και την ποσότητα του ηλεκτρικού φορτίου που φέρουν τα σωματίδια.
Η απόκλιση των σωματιδίων από την αρχική τους κατεύθυνση εξαρτάται από την ενέργεια των σωματιδίων.
Έτσι τα νετρόνια, που είναι ηλεκτρικά ουδέτερα, δεν επηρεάζονται από το μαγνητικό πεδίο και συνεχίζουν την αρχική τους πορεία.
Αν τα σωματίδια που φέρουν θετικό ηλεκτρικό φορτίο στρίβουν προς τα πάνω (βλέπε σχήμα 1), τότε τα σωματίδια που φέρουν αρνητικό φορτίο θα στρίψουν προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Τοποθετώντας έναν διάφραγμα πίσω από τον μαγνήτη και έχοντας υπολογίσει την απόκλιση κάθε είδους σωματιδίων, μπορούμε να επιλέξουμε αυτά που μας ενδιαφέρουν. Έτσι δημιουργείται μια δευτερεύουσα δέσμη θετικών πιονίων συγκεκριμένης ενέργειας.

Σχήμα 2

Τα πιόνια έχουν πολύ μικρό χρόνο ζωής και στη συνέχεια διασπώνται, σε ένα μιόνιο και ένα νετρίνο.

 Εφόσον έχουμε τοποθετήσει και δεύτερο μαγνήτη (βλέπε σχήμα 2), τότε θα συνεχίσουν την πορεία τους μόνο τα ηλεκτρικά ουδέτερα νετρίνα. Και αν η αρχική δέσμη των πρωτονίων ήταν πολύ ισχυρή τότε θα έχουμε μια «καλή» δέσμη νετρίνων.
Τοποθετώντας κατάλληλα τους μαγνήτες μπορούμε να έχουμε στο τέλος μια δέσμη νετρίνων στην διεύθυνση που επιθυμούμε. Για παράδειγμα να κατευθύνουμε την δέσμη νετρίνων από το CERN στο Gran Sasso και το πείραμα OPERA. Όχι τόσο στενή, μετά από διαδρομή 730 χιλιομέτρων πλαταίνει κατά 2 χιλιόμετρα. Αλλά κάνει την δουλειά της.

profmattstrassler.com

Νετρίνο: το σωματίδιο που απειλεί τα αξιώματα της Φυσικής

Τα στοιχειώδη σωμάτια
Στον παραπάνω πίνακα βλέπουμε τα στοιχειώδη σωμάτια σύμφωνα με το καθιερωμένο πρότυπο. Βλέπουμε τα 6 quarks (up, charm, top, down, strange και bottom) με μωβ χρώμα, τα 6 λεπτόνια (ηλεκτρόνιο, μιόνιο, ταυ και τα αντίστοιχα νετρίνα τους) και με κόκκινο χρώμα τους φορείς των 4 αλληλεπιδράσεων που εμφανίζονται στη φύση: το φωτόνιο για την ηλεκτρομαγνητική, το γλοιόνιο για την ισχυρή ή πυρηνική, και τα Z^o και W^± για την ασθενή αλληλεπίδραση.
Μπορούμε επίσης να τα κατατάξουμε και σε δυο άλλες κατηγορίες:
σε φερμιόνια (αυτά που υπακούουν στην απαγορευτική αρχή του Pauli και έχουν ημιακέραιο σπιν) και σε μποζόνια (αυτά που δεν υπακούουν στην απαγορευτική αρχή του Pauli και έχουν ακέραιο σπιν). Τα σωματίδια που αποτελούν τους φορείς των αλληλεπιδράσεων είναι μποζόνια ενώ τα υπόλοιπα στον πίνακα φερμιόνια.
Μεταξύ των λεπτονίων ανήκουν και τα 3 είδη νετρίνων: το νετρίνο του ηλεκτρονίου, το νετρίνο του μιονίου και το νετρίνο του ταυ. Αν έχουν μάζα, τότε αυτή θα είναι πάρα πολύ μικρή, και για τον λόγο αυτό στον πίνακα σημειώνονται μόνο τα άνω όρια των μαζών τους.
Τα νετρίνα είναι ηλεκτρικά ουδέτερα, οπότε δεν αλληλεπιδρούν ηλεκτρομαγνητικά και το γεγονός ότι ανήκουν στην κατηγορία των λεπτονίων σημαίνει ότι δεν αλληλεπιδρούν ούτε διαμέσου της ισχυρής αλληλεπίδρασης. Τα νετρίνα αλληλεπιδρούν μόνο διαμέσου των ασθενών αλληλεπιδράσεων με την ύλη και για τον λόγο αυτό είναι πάρα πολύ δύσκολο να ανιχνευθούν.

Πολλά σημαντικά γεγονότα στην εξέλιξη της φυσικής είναι συνδεδεμένα με τα νετρίνα και τις ιδιότητές τους. Τελευταίο παράδειγμα τα αποτελέσματα του πειράματος OPERA, σύμφωνα με το οποίο βρέθηκαν να κινούνται με ταχύτητες μεγαλύτερες του φωτός – απειλώντας αυτή τη φορά τα θεμέλια της θεωρίας της Σχετικότητας.

Πριν την ανακάλυψη των νετρίνων, ο Βόλφγκανγκ Πάουλι προτίμησε να υποθέσει την ύπαρξή τους παρά να αμφισβητήσει τις αρχές διατήρησης ενέργειας και ορμής.

Νέα φυσική ή νέο σωματίδιο;
Κάποια προσεκτικά πειράματα τη δεκαετία του 1920 έδειχναν ότι η ενέργεια κατά τα φαινόμενα δεν διατηρείται κατά τη διάσπαση βήτα.
Η διαδικασία της βήτα διάσπασης του πυρήνα αλλάζει τον πυρήνα ενός τύπου ατόμου στο πυρήνα ενός άλλου τύπου (με ατομικό αριθμό διαφορετικό από αυτόν του αρχικού πυρήνα) σε συνδυασμό με την εκπομπή ενός ηλεκτρονίου ή ποζιτρονίου.
Η ενέργεια των προϊόντων της διάσπασης, συμπεριλαμβανομένης της μάζας – ενέργειας του νέου πυρήνα και του παραγόμενου ηλεκτρονίου – ποζιτρονίου, μετρήθηκε και ήταν μικρότερη από τη μάζα – ενέργεια του αρχικού πυρήνα.
Ο Βόλφγκανγκ Πάουλι έχοντας πίστη στις αρχές διατήρησης ενέργειας και ορμής, έκανε την τολμηρή υπόθεση ότι στην διάσπαση βήτα παραγόταν και τρίτο νέου τύπου σωματίδιο.
Το σωματίδιο αυτό για να μην ανιχνεύεται στα πειράματα της διάσπασης βήτα, θα έπρεπε να περνάει μέσα από τους ανιχνευτές χωρίς να αφήνει ίχνη. Αυτό το νέο σωματίδιο δεν θα έπρεπε να αλληλεπιδρά διαμέσου της ισχυρής ή της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης με την ύλη, ειδάλλως θα αλληλεπιδρούσε με την ύλη των ανιχνευτών και θα είχε ανακαλυφθεί απ’ αυτούς στα πειράματα.

Αριστερά ο Fermi και δεξιά ο Pauli. Στο μέσον ο Heisenberg

Ο Ενρίκο Φέρμι τελικά εισήγαγε το σωματίδιο αυτό στην πρώτη λεπτομερή θεωρία για την διάσπαση βήτα και ονόμασε το σωματίδιο αυτό νετρίνο, που στην ιταλική γλώσσα σημαίνει «μικρό και ουδέτερο»......

Δεν σερβίρουμε σε νετρίνα

To τελευταίο ανέκδοτο που κυκλοφόρησε σχετικά με το συμπέρασμα του πειράματος OPERA ότι τα νετρίνα κινούνται με ταχύτητες μεγαλύτερες του φωτός:

O μπάρμαν λέει: "δεν σερβίρουμε σε νετρίνα". Ένα νετρίνο μπαίνει στο μπαρ.

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;

Βρέθηκαν νετρίνα που κινούνται γρηγορότερα από το φως;

Μια ανεπιβεβαίωτη φήμη από το πείραμα Opera, τον υπόγειο ανιχνευτή νετρίνων στο Gran Sasso της κεντρικής Ιταλίας, έλεγε ότι σύμφωνα με υπολογισμούς, νετρίνα του μιονίου διάνυσαν την απόσταση από το σημείο παραγωγής τους στο CERN μέχρι τον υπόγειο ανιχνευτή Opera με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός.

Το πιο πιθανό είναι να πρόκειται περί στατιστικού σφάλματος ή κάποιου λάθους στις μετρήσεις.
Μπορούμε να μάθουμε αύριο περισσότερα παρακολουθώντας το σεμινάριο του CERN "New results from OPERA on neutrino properties" σε ζωντανή αναμετάδοση ΕΔΩ.

Η "φήμη" διέρρευσε αρχικά από τον Tomaso Dorigo με την ανάρτηση: A Six-Sigma Signal Of Superluminal Neutrinos From Opera! (στη συνέχεια η ανάρτηση κατέβηκε από τον ιστότοπο στον οποίο είχε δημοσιευθεί). Η επίσημη ανακοίνωση της ομάδας OPERA βρίσκεται ΕΔΩ.
Το νέο έχει πάρει μεγάλες διαστάσεις με τη δημοσίευση πολλών σχετικών άρθρων που αμφισβητούν ήδη τη θεωρία της σχετικότητας. Σύμφωνα με το Reuters, o Antonio Ereditato, εκπρόσωπος των ερευνητών του πειράματος, δήλωσε:
"οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν σε διάστημα τριών ετών έδειξαν ότι τα νετρίνα διανύουν την απόσταση από το CERN μέχρι το Gran Sasso 60 νανοδευτερόλεπτα πιο γρήγορα από τον χρόνο που θα έκαναν αν κινούνταν με την ταχύτητα του φωτός".
Τα δεδομένα υποτίθεται ότι έχουν ελεγχθεί από τους ερευνητές πάρα πολλές φορές. Ίδωμεν.
Διαβάστε επίσης: OPERA εναντίον βιολιστή