微中子超光速被指"世纪谣言" 实验全过程公布

2011年09月27日 19:25 次阅读 稿源: 条评论
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新闻来源:网易探索
过去,只有谣言的传播速度能够超过光速。现在,似乎还有一种物质的速度超过光速,这就是微中子。几天前,参与Opera实验的物理学家宣布他们在实验中发 现微中子的速度超过光速。如果得到证实,作为物理学基石的爱因斯坦相对论将面临挑战,物理学的历史也将从此改写。但由于这一发现尚未最终得到证实,科学家 还应该抱着一种慎之又慎的态度。
微中子超光速被指

9月23日,整个物理学界的目光投向法国里昂核物理研究所的达里奥·奥蒂耶罗身上。当时,奥蒂耶罗当着一群心存怀疑的物理学家的面,介绍一个全新的“速度怪兽”——亚原子粒子微中子。根据他描述的最近进行的一项实验,微中子的速度超过光速。1905年,爱因斯坦的相对论将光速定为宇宙速度极限。

奥蒂耶罗的研究小组表示,日内瓦欧洲核子研究组织(以下简称CERN)一台粒子加速器发射的微中子以超过光速的速度抵达意大利格兰萨索的一个地下实验室,二者之间的距离为454英里(约合730公里)。计算结果显示微中子的速度比光快60纳秒(1纳秒等于10亿分之一秒)。奥蒂耶罗对CERN的物理学家表示:“我们无法用系统误差解释这一发现。测算结果表明微中子的速度超过光速。”

据奥蒂耶罗透露,他的研究小组用了6个月时间试图解释微中子超光速的发现,但最终以无果告终。鉴于这一发现将撼动物理学的基石,试图用任何理论解释这一实验结果都是一种不适当的做法。他说:“今天,我们只是将这一异常发现告诉你们。”

在爱因斯坦描绘的物理世界,光速是一切物质的速度极限。超光速意味着时间旅行将成为一种可能,但这又是绝大多数物理学家认为的不可能之事。一个世纪以来,爱因斯坦的相对论一次又一次得到验证。已故康奈尔大学天文学家卡尔·萨根曾说过:“非凡的结论需要非凡的证据。”CERN理论家阿尔瓦罗·德·鲁尤拉表示:“这是一项令人震惊的结论。我们应该自问什么地方出现纰漏,这才是一种正确的态度。”

大多数人不相信

在获知这一结论之后,CERN的物理学家陷入极大兴奋之中。麻省理工学院的诺贝尔奖得主丁肇中向他们通过非常仔细的研究工作取得的发现表示祝贺。但在兴奋过后,持怀疑论者也提出了一系列有关细节方面的疑问。例如,这些科学家如何在测量CERN与格兰萨索实验室之间的距离时精确到20厘米?如何将GPS数据扩展到地下?在此过程中,他们是否考虑月球位置以及地壳上的潮汐活动等因素?

最近的物理学和天文学历史出现了大量可疑数据的报告,认为可能存在新粒子或者新行星,如果得到验证,将改变我们对世界的认知,但随着更多相关数据的出现或者在进行仔细检验之后,这些结论土崩瓦解。绝大多数物理学家认为微中子超光速的这一发现也会迎来同样的命运。

微中子仍是宇宙中的一个迷团。它们是诡异的亚原子世界中最怪异的“居民”之一。这种亚原子并不可见,能够穿透墙壁和行星,就像风穿过屏门一样。此外,它们的形态也会发生变化。微中子有3种形态,能够在移动时从一种形态变成另一种形态。

揭秘实验过程
奥蒂耶罗和他的同事试图在实验中对这种现象进行观测。他们进行的大型微中子震荡实验Opera共有来自11个国家的160名物理学家参与,主要来自日本和意大利。Opera实验立基于格兰萨索实验室,这是一个地下物理学实验中心,进行需要屏蔽宇宙射线的实验。

整个实验从CERN一座建筑内的一罐氢气开始。来自这个罐子的氢原子被剥离电子,成为裸质子,而后借助一系列粒子加速器加速,最近进入大型强子对撞机的主环。形象地说,大型强子对撞机就是所有这些粒子加速器的母亲。在Opera实验中,一些质子的能量状态变成居间能量态,以10微秒脉冲的形式轰击一个石墨目标,产生脉冲介子。介子随后衰变成微中子,微中子朝着格兰萨索的方向消失在地球中,最后抵达格兰萨索实验室的微中子穿过铅砖和照相乳剂。

从理论上说,在这段用时几毫秒的旅途中,一些微中子会从μ介子微中子变成τ介子微中子。Opera实验的目标就是研究这种形态变化。3年时间里,研究人员在探测器的帮助下记录下大约1.6万个微中子,但其中的τ介子微中子只有一个。伯尔尼大学的安东尼奥·埃雷迪塔托表示,测量微中子速度只是一个次要目的。他说:“我们希望发现一些τ介子微中子,以博得观众的掌声。”

被指“世纪谣言”

过去,科学家使用邮寄方式彼此寄送期刊文章和信件,对存在争议的测量结果进行检验的过程往往都在悄无声息中进行。现在,互联网改变了这一切。随着奥蒂耶罗在CERN的讲话和Opera实验组的一篇文章在网上出现,顿时谣言四起,博客上也出现大量帖子,一篇博客将其称之为“世纪谣言”。

CERN以及外界的一些物理学家对整个过程感到不满,他们指出意大利实验室为一项尚未得到证实的实验结果增加了太多砝码,而进行这项实验的研究小组并非隶属于CERN。普林斯顿高等研究院的粒子理论学家尼玛·阿卡尼-哈默德在电子邮件中说:“在进行更多研究工作以验证这一发现前,根本没有必要公布新闻稿或者相关科学论文。他们自称希望物理学界对他们的实验结果进行检验。即使抱着这样一种想法,他们也应该采取其他更谨慎的方式,比如召集同行展开讨论。”

CERN负责人罗尔夫·迪特尔·霍耶尔表示:“我比较赞同在CERN举行研讨会的做法,因为CERN有责任提供协助,请求物理学界的同行对他们的发现进行详细评估。”2007年,物理学家就曾通过Minos(主注入器微中子振荡搜寻实验的英文缩写)实验测量微中子的速度。伦敦大学学院的詹妮·托马斯说,Minos实验能够在4到6个月时间内进行更为精确的测量。她在提到Opera实验组时指出:“他们尽了自己的最大努力。我们将重新进行实验以检验他们的发现。”(来源:《纽约时报》 编译:shooter)

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