Когда международное сообщество физиков пришло к выводу, что в нашумевшем опыте со сверхсветовыми нейтрино OPERA не видно никаких явных ошибок, специальная теория относительности Эйнштейна зашаталась, а вместе с ней и все наши представления об основах мироздания.
В результате ученые OPERA попросили подтвердить их эксперимент с помощью других научных установок.
Эксперимент OPERA – это результат сотрудничества между физической лабораторией CERN в Женеве (Швейцария) и Национальной лабораторией в Гран-Сассо (Италия). Нейтрино путешествуют из CERN в детектор, расположенный на расстоянии около 730 километров. В сентябре физики OPERA объявили, что нейтрино прибыли в Гран Сассо на 60 наносекунд раньше, чем должны были прибыть частицы, движущиеся со скоростью света.
Таким образом ученые наблюдали «невозможное» сверхсветовое движение. Нейтрино, конечно, весят ничтожно мало, но все-таки имеют массу, а согласно специальной теории относительности любая частица, обладающая массой, может приблизиться, но не достичь или превысить скорость света.
Нейтрино в эксперименте были созданы в результате столкновения протонов с неподвижной мишенью. Это создало пионы, нестабильные частицы, которые с помощью магнитного поля были направлены в длинный тоннель, где они в полете распались на мюоны и нейтрино. Мюоны были остановлены в конце туннеля, но нейтрино, как призраки прошли сквозь вещество и отправились в направлении Гран-Сассо.
Проверяя эксперимент OPERA, международная группа ученых обратила внимание на первый этап этого процесса. Предполагая, что энергия и импульс сохраняются, они исследовали распад пионов и их способность производить сверхсветовые нейтрино. Нейтрино OPERA обладали энергией около 17 гигаэлектронвольт. Они имели очень большую энергию и очень малый вес, поэтому летели очень быстро. Ученые рассчитали, что если нейтрино из распавшегося пиона летит быстрее, чем скорость света, пион просуществовал бы дольше, а более легкое нейтрино должно нести меньшую долю энергии распавшегося пиона.
IceCube накопил большую статистику наблюдений нейтрино, однако сверхсветовых не видел ни разу
Такие специфические нейтрино трудно производить на оборудовании, которым располагает современная физика, а значит проверить существование сверхсветовых нейтрино сложно.
Однако экспериментальная проверка этого теоретического вывода есть. Создание нейтрино в CERNE можно заменить исследованием естественных нейтрино, которые образуются в результате бомбардировки Земли космическими лучами.
Нейтринная обсерватория IceCube обнаруживает космические нейтрино, когда они сталкиваются с другими частицами и оставляют следы в массиве чистого льда Антарктиды. IceCube наблюдал нейтрино с энергией в 10 тыс. раз большей, чем создает эксперимент OPERA. Таким образом, энергия их «космических» «родителей»-пионов должна быть также очень высокой. Несложные подсчеты, основанные на сохранения энергии и импульса, показывают, что время жизни таких пионов должно быть слишком длинным. При этом наблюдения нейтрино в ходе работы IceCube указывают, что высокоэнергетические пионы распадаются в соответствии с традиционными представлениями о физике, и скорость нейтрино ни разу не превышала световой. Кроме того, сверхсветовые нейтрино должны быстро излучать свою энергию в виде электронно-позитронных пар и, соответственно, быстро замедляться до субсветовой скорости.
По материалам: CNews