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吐槽中微子超光速实验 精选

已有 8324 次阅读 2011-9-25 09:36 |个人分类:思考|系统分类:科研笔记|关键词:中微子| 中微子

这几天爆炒的就是中微子超光速的实验了。
我最早在人人网上看到同学、朋友们的转载、评论。后来科学网上也出现了很多相关的博文、新闻,比如
科学网上的新闻
http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2011/9/253015.shtm?id=253015
曹俊的博文
http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=296183&do=blog&id=489731
张文卓的博文
http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=417127&do=blog&id=489924
曹俊指出,根据超新星SN1987A的中微子测量结果,$|v-c|/c < 2 x 10^{-9}$。张文卓重点指出了用GPS对钟的问题。

我觉得超新星SN1987A的中微子测量是对这个实验一个比较好的反驳。超新星的问题是,中微子和光子不是"同时","同地"发出的,这个影响有多大呢?假定在相对激波静止的系中,中微子发出的位置和时间为$(0,0)$,光子发出的位置和时间为$(c\Delta\tau,t)$;假定激波的洛伦兹因子是$\gamma$,速度为$\beta
c$;假定二者速度相同,那么在我们的参考系来看,二者发出的时间差和位置差分别为$\Delta t=\gamma
(t+\beta\Delta\tau)$和$\Delta x=\gamma (c\Delta\tau+\beta
ct)$。也就是说,光子将提前中微子$\gamma
(t+\Delta\tau)(\beta-1)$到达。通常光子在中微子之后、光深较小处发出,$t>0$,$\Delta\tau>0$。也就是中微子会提前到达。如果$\gamma=100$,那么中微子将提前大约$0.5(t+\Delta\tau)$达到地球。$t$和$\Delta\tau$都是分钟到小时的量级。假设中微子超光速实验结果可信,那么超新星SN1987A的中微子应该提前3年多达到地球。

我和同学讨论的时候有人提出,不同中微子的速度可能本来就不一样。这样的说法对于解释不同的实验结果是方便的,但是是牵强而不优美的。如果是这样的,那么SN1987A的中微子的到达时间应该散布在若干年中,但实际情况不是这样的。

中微子超光速实验中的核心问题是时间和距离的测量。如果通过GPS对准的话是让人不放心的。最可靠的校准方法是用速度已知的信号在两地之间直接进行。如果中微子的速度是光速,那么这个实验其实就是一个校准时钟的过程,但是缺了一个方向。如果能两个方向同时进行测量,而测出的中微子速度都超过光速,那么这个实验就更有说服力了。或许可以在世界上的两个大加速器之间进行这个实验?但是困难是中微子探测器通常和大加速器不在一地,而且距离还不近。

总结起来,我倾向于认为实验结果还需要仔细分析,如果对钟的过程更可靠,实验的结果也会更可信。


附:到目前为止在本博文下对这个问题的讨论。我不清楚意大利人是不是考虑了公转等的影响,他们测到的中微子速度是不是随季节变化。

[5]evilwww  2011-9-25 13:38
就算用地球非惯性系,也算错了!

中微子发射的起点,应该是0.0024秒之前的日内瓦

而非0.0024秒之后的日内瓦!

中微子接受的终点,应该是0.0024秒之后的意大利,而非之前的意大利!

日内瓦和意大利在地球惯性系中是不动的点,但在太阳惯性系中是以地球公转速度运动的!

所以人类认为的日内瓦和意大利,只是一个认为是不动的地名!他不是严格的四维坐标!

但实际上在,中微子源的初始位置和最终位置两者距离之差,还是地球公转的72米!
[4]evilwww  2011-9-25 13:36
如果使用太阳这个惯性参照系

假设我在太阳上看,中微子应该是一束有发散的束流

中微子速度,应该根据洛伦兹变换和地球初速相加!

最终是一条均匀的平行束流背景!

经过0.0024秒,意大利沿公转方向,偏移了72米!

所以,实际意大利测出的中微子信号,就是比原始位置730公里少了72米的路径传过来的!

把路程减掉72米,看看是不是中微子的速度!
 博主回复(2011-9-25 13:58)如果和公转有关,那么测出的中微子速度应该随季节变化,周期为一年。
 博主回复(2011-9-25 13:56)如果在太阳静止参考系钟看,意大利“迎着”中微子束而去,中微子确实是“表观”超光速的。您说得很对。鉴于他们做过很多次实验,所以我刚才说的地球自转的影响应该不大,可能确实是公转造成的。
博主回复(2011-9-25 13:51)
据说是中微子早到了60纳秒,所以大约是18米。
 博主回复(2011-9-25 13:48)对,这个是个问题。地球自转也应该考虑在内。

[3]evilwww  2011-9-25 13:34
我认为这帮欧洲人算错了!

错误原因非常简单,因为他们把日内瓦和意大利当做是“固定不动的”坐标位置!


实际上,日内瓦和意大利都是随地球惯性系运动的地理位置!

[2]kesbabacorn  2011-9-25 10:38
关于时间问题,看我的伯克转载,是通过光纤校准时钟。
 博主回复(2011-9-25 11:18)嗯。这个我比较迷惑,看arXiv上的文章用的是GPS?还是说用GPS测距离?总之不是那么容易。如果用光纤对准的话,730千米的光纤专线那也算是下了大功夫了。

[1]tdcao  2011-9-25 09:54
中微子的产生时刻和到达时刻是很难测准的吧?
博主回复(2011-9-25 11:19)
这个我不懂。但是我觉得如果两个方向都测一下的话应该可以排除这个影响。


http://blog.sciencenet.cn/blog-117333-490182.html

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