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中微子测速中的二点距离精准了吗?

已有 2318 次阅读 2015-4-29 00:38 |系统分类:科研笔记

2011年9月,从网上看到欧州核研究所(CERN)发出重大
消息:经多年实验测得的中微子的运动竟超光速,因亊关重
大,希望全球物理学家邦助思改,如果有错,錯在那里。遂
有下文,后由一诺贝尔奨得主转交CERN有关人士 。
中微子测速中的二点距离精准了吗?
近报中微子的运动速度可超光速(每秒近30万公里),动摇了爱因斯坦相对论
的根基,轰动了整个科技界,这里对报道中的发射与接收二点间的测定间距有
所质疑,供参考。
据报道,从发射中微子的位于瑞士的欧洲核子研究中心(CERN,A)到
接收处意大利的Gran Sasso 国家实验室(B)的距离为730公里。中微子可以比
光快约60ns的速度到达(快0.0025%),误差小于10ns。实验中测距用的是
GPS技术。
实际上,GPS提供的是地球表面各地高精度的经纬度数据,而不是二实验
点(A ,B)间的实际距离,因为地球是个球体而不是平直的。
利用GPS所得数据可用下式来计算地球二表面点的距离:
D=111.2 cos{1/[sin
φΑ sinφΒ + cosφΑ cosφΒ cos(λΒ −λΑ)]} (1)
其中:
D为A,B点间的地表距离,
λΑ和φΑ分别是A点的经纬度,
λΒ和φΒ分别是B点的经纬度,
报道中所称GPS的精度可达20cm,这应是GPS本身的定位精度而不应是二
实验室A,B间中微子实际行程间距的测量精度。
大家知道,地球是一南北稍扁的球体(球心至二极的半径约为 6356.9km,
至赤道的约为 6378.5km),CERN 约在北纬47度处,Gran Sasso 约在北纬42
度处,如以实验中的A,B二处及地球球心三点作一斜切面可得一近似的圆
(见图1),本文中此圆的半径r以球心至二极和赤道的平均值6367.7km计,
由此可得该圆的周长L=40009.44km,对应于地球表面A,B二点弧长(即黎
曼几何中的短程線730km)的圆周角为6.568度(730除以40009.44乘360)。
中微子不带电,是一种自旋为1/2的轻子,与其它物质几乎无作用,可轻而易
举地穿透地球。在实验中,中微子不是沿地球表面曲线前进,而是穿过地壳
从A直线到B的。图1中的A,B间的弦长(而不是弧长)才是中微子实际经历
的里程,它比AB的弧长要短。
见图1,A,B 的弦长 D = 2 X(6367.7 X sin3.284)=729.55km,
比报道的AB 间的弧长730km要短450米(0.062%)。如果光也少跑450米
(即与中微子跑相同的距离)则可省1,500 ns(0.45/300,000)。因此,用中
微子所经的实际里程计算后,中微子的速度就比光的慢了。实际上,地球表
面是高低不平的,而且A,B二实验室均在地下深处,越深,A、B间距越短
(见图1)。在如此精细的实验中,至少还要计入A,B二实验室的海拔高度等
等的影响,这里仅是估算。
(成文于9/27/2011,后被一诺贝尔奖获得者转交CERN研究人员)




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