caojun的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/caojun 中国科学院高能物理研究所 八卦物理,管窥大千

博文

撼动现代物理学的根基:超光速的中微子 精选

已有 21593 次阅读 2011-9-23 22:34 |个人分类:我的物理|系统分类:科普集锦|关键词:超光速,OPERA,CERN,中微子,欧洲核子中心,Gran,Sasso| 中微子, CERN, 超光速, opera, 欧洲核子中心

几天前,一则小道消息开始传播,说意大利的中微子实验OPERA发现了超光速的中微子。昨天Nature、Science等重要的科学新闻网站[1, 2, 3]报道了这一新闻。今天OPERA实验将正式的论文挂到了arXiv.org的预印本库[4]。在中微子飞行730公里后,科学家发现它所用的时间比光速还快了60纳秒(10-9秒),实验的误差约为10纳秒。一般来说,粒子物理中的新现象达到4倍标准偏差即可确认,而这个结果达到了6倍,即可能性为99.9999998%。测量结果表明,OPERA观测到的中微子,其飞行速度比光速快10万分之2.48。
 
发表这一“戏剧”性结果的OPERA实验,全称是Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus(采用乳胶径迹装置的(中微子)振荡项目),位于意大利Gran Sasso国家实验室。这个实验室位于地下1400米,以多个深地实验闻名于世。OPERA实验探测来自欧洲核子研究中心CERN的中微子,其物理目标是直接寻找从缪中微子到陶中微子的振荡。位于瑞士与法国边境的CERN通过高能质子打靶产生缪中微子束流,对准730公里外的Gran Sasso。为了留下陶中微子出现的确凿无疑的证据,实验采用了复古的核探测技术:乳胶照相。
 
不过“超光速”这个副产品的测量原理非常简单:测量距离,测量时间,算出速度!实验的难点在于精确地测准距离和时间。距离是通过GPS测量的,误差是20厘米。这20厘米的误差还不是来自从瑞士到意大利的730公里,而是主要来自从进入地下实验室的高速公路隧道门口的GPS基准到探测器的10公里。时间也是通过GPS和铯原子钟测量,精度是2.3纳秒。
 
略微懂点物理学的都知道,如果这个结果是对的,科学将面临怎样翻天覆地的变化。自从爱因斯坦1905年建立相对论起,一百多年来没有人撼动过光速不变原理。科幻小说里的超光速旅行、时间机器回到过去,难道都要实现了吗?
 
实际上,2007年,美国的MINOS实验也发表了一个“中微子超光速”的结果[5],大小与OPERA还算吻合,但只有1.7倍标准偏差。但是也有否定的证据。日本T2K实验的人就不相信这个结果。我们观测到的SN1987A超新星中微子,如果超光速的话,就不会只比光早到半小时,而会早到数年。不过它们的中微子能量很不一样。
OPERA分开测量了两种能量的中微子:
13.9 GeV:  (v-c)/c = (2.16 ± 0.76 ± 0.30) x 10-5
42.9 GeV:  (v-c)/c = (2.74 ± 0.74 ± 0.30) x 10-5
MINOS实验的中微子是3 GeV:
3 GeV: (v-c)/c = (5.1 ± 2.9) x 10-5
超新星中微子的能量要低1千倍,只有几到几十个MeV。根据SN1987A的测量结果,可以得到|v-c|/c < 2 x 10-9
 
即使OPERA发表了6倍标准偏差的结果,相信粒子能够超光速的人仍然极少。OPERA实验的发言人自己说:宣称相对论错误太早了。我们发现了一个奇怪的结果,我们不能解释它,因此必须公布,请同行来审议。我们必须得说点什么。我们不能把它扫到地毯下面,这才是不诚实的。
 
也许相对论没有错,而是中微子具有什么魔幻性质。当然,也很有可能OPERA实验的误差估计不对。毕竟精确估计中微子束团产生和到达的时间、精确测量距离,达到这么高的精度,都是非常困难的。
 
现在,瑞士时间2011.09.23 16:00,欧洲核子研究中心正在直播关于OPERA新结果的报告视频:
http://webcast.web.cern.ch/webcast/

[1] http://www.nature.com/news/2011/110922/full/news.2011.554.html
[2] http://news.sciencemag.org/sciencenow/2011/09/neutrinos-travel-faster-than-lig.html?ref=hp
[3] http://www.livescience.com/16183-faster-speed-light-physics-breakthrough.html
[4] http://static.arxiv.org/pdf/1109.4897.pdf
[5] http://arxiv.org/abs/0706.0437


http://blog.sciencenet.cn/blog-296183-489731.html

上一篇:40年来最近的Ia型超新星爆发了
下一篇:“超光速”中微子实验中的测量问题

42 刘全慧 肖重发 陈学雷 马红孺 曹天德 邢志忠 呼延雪莹 杨正瓴 魏正涛 鲍得海 陈飞 武京治 裴鑫 王亚娟 李学宽 石磊 赵里昂 赵国求 吕喆 闫国进 张檀琴 高建国 周炜 刘艳红 方琳浩 张乾兵 陈瑶 黄秀清 迟延崑 crossludo guoshuangping agreatboy liuhh07 komuilee yangxintie XY zxk730 sisisu colorfulll ron1969 xj5106 kxw006

评论 (47 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备14006957 )

GMT+8, 2018-6-23 02:52

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007-2017 中国科学报社

返回顶部