Nadświetlne neutrina - ich wzlot i upadek

Finałowa aria
Miał być przewrót w fizyce, wyszła klapa. Jakie wnioski wyciągną naukowcy z tego przykrego doświadczenia?
Rzeczywiście, gdyby wyniki uzyskane przez OPERĘ zostały potwierdzone, oznaczałoby to konieczność przeformułowania teorii względności. Póki co, wszystko zostaje bez zmian.
EAST NEWS

Rzeczywiście, gdyby wyniki uzyskane przez OPERĘ zostały potwierdzone, oznaczałoby to konieczność przeformułowania teorii względności. Póki co, wszystko zostaje bez zmian.

Podziemne Laboratorium Gran Sasso National Laboratory w Assergi, gdzie przeprowadzono nieudany eksperyment z neutrinami.
EAST NEWS

Podziemne Laboratorium Gran Sasso National Laboratory w Assergi, gdzie przeprowadzono nieudany eksperyment z neutrinami.

W Gran Sasso prowadzone sa głównie badania tzw. geoneutrin. Na zdjęciu ich detektor.
Paolo Lombardi/INFN-MI/materiały prasowe

W Gran Sasso prowadzone sa głównie badania tzw. geoneutrin. Na zdjęciu ich detektor.

Einstein się mylił!”, „Przełomowe odkrycie!” – wołały niedawno nagłówki artykułów. Minione pół roku było w fizyce okresem niezwykłym, być może najgorętszym w ostatnich latach. Stało się tak za sprawą zespołu badawczego OPERA, pracującego w laboratorium Gran Sasso w środkowych Włoszech. 23 września 2011 r. naukowcy z tego zespołu ogłosili, że pomiar prędkości neutrin – dziwnych i wciąż niezbyt dobrze zrozumianych cząstek elementarnych – przyniósł zaskakujący wynik: są one szybsze od światła w próżni. A według teorii względności Einsteina, tej właśnie prędkości światła nic w przyrodzie przekroczyć nie może. Wiadomość o szokującym odkryciu krążyła początkowo jako plotka w blogosferze, następnie potwierdzona została przez dobrze poinformowane źródła, by w końcu doczekać się oficjalnego ogłoszenia. Po kilku godzinach była już w czołówkach agencji informacyjnych i na pierwszych stronach gazet.

Rzeczywiście, jeśli wyniki uzyskane przez OPERĘ zostałyby potwierdzone, oznaczałoby to konieczność przeformułowania teorii względności, będącej od z górą stu lat jednym z fundamentów fizyki i naszej współczesnej wiedzy o świecie zjawisk naturalnych. Co prawda nie jest specjalnie trudne wprowadzenie do tej teorii takich zmian, by dopuszczała ona istnienie cząstek poruszających się szybciej niż światło, ale wtedy takie hipotetyczne cząstki, zwane tachionami, nie mogłyby nigdy zwolnić.

W przypadku neutrin sytuacja byłaby bardziej skomplikowana, wiemy bowiem, że w pewnych warunkach poruszają się one z prędkościami mniejszymi od światła. Gdyby więc neutrina obserwowane w OPERZE były rzeczywiście nadświetlne, w pewnym warunkach musiałyby one pokonywać granicę prędkości światła, a to oznaczałoby, że teoria względności wymagałaby daleko idącej rewizji.

To musi być błąd

Reakcja fizyków pozornie była bardziej wyważona od sensacyjnego tonu doniesień medialnych. Pomiar wykonany przez OPERĘ jest najprawdopodobniej błędny, a doświadczenie należy powtórzyć – mówiono oficjalnie, by na korytarzach instytutów w podekscytowaniu dyskutować, co by było, gdyby OPERA miała jednak rację.

W kilka miesięcy powstały dziesiątki prac teoretycznych, których celem było modelowanie właściwości neutrin tak, aby zgadzały się one z obserwacjami. Już po kilku dniach od oficjalnego komunikatu OPERY stało się jasne, że gdyby wyniki pomiarów prędkości neutrin miały okazać się prawdziwe, to stałyby one w sprzeczności nie tylko z teorią względności, ale też bardzo trudno byłoby je pogodzić z wynikami wcześniejszych eksperymentów, np. obserwacjami neutrin powstałych w trakcie wybuchu gwiazdy supernowej.

W tym samym czasie w zespole OPERA trwała żmudna praca detektywistyczna, której celem było dokładne przejrzenie wszystkich aspektów doświadczenia. Na przełomie października i listopada 2011 r. przeprowadzono nową, dokładniejszą serię doświadczeń, które nie tylko potwierdziły wcześniejsze wyniki, ale wykluczyły też wiele potencjalnych, subtelnych źródeł błędów pomiarowych.

Nadświetlne neutrina stawały się coraz bardziej realne. Dopiero w grudniu przystąpiono do dokładnego przeglądu aparatury badawczej, szczególnie tej części, która służyła do kluczowego w tym eksperymencie, niezwykle dokładnego pomiaru czasu. Wynik tej weryfikacji był dla OPERY katastrofalny. Jeden ze światłowodów okazał się niedokładnie dokręcony, co spowodowało, że główny zegar eksperymentu nieznacznie się spóźniał (o kilkadziesiąt miliardowych części sekundy). Po paru miesiącach testów stało się jasne, że właśnie to było źródłem błędu pomiarowego i sensacyjnego wyniku.

Powtórna analiza danych (poparta niezależnym pomiarem wykonanym przez zespół IKARUS) pokazała, że neutrina zachowują się dokładnie tak, jak to przewiduje teoria względności. Pomiary prędkości neutrin będą jeszcze kontynuowane, ale nikt nie spodziewa się nowej sensacji.

Kilka tygodni po tym, jak wybrzmiała ostatnia aria tej tragikomicznej opery, warto postawić sobie kilka pytań. Czy zamiast wielkiego klasycznego przedstawienia mieliśmy do czynienia z operą mydlaną zakończoną kompromitującą klapą? Czy uczeni z OPERY nie powinni byli poczekać i dokładniej przeanalizować całe przedsięwzięcie, zamiast, w wyniku przedwczesnego ogłoszenia swojego odkrycia, narażać się na ośmieszenie? I najważniejsze: jak historia wzlotu i upadku nadświetlnych neutrin wpłynie na rozwój fizyki w następnych latach?

Ostateczne rozwiązanie

Bezwzględna krytyka zespołu OPERA byłaby niesprawiedliwa. Przeprowadzono bardzo skomplikowane doświadczenie, które przyniosło nieoczekiwany wynik. Zespół sprawdził możliwe źródła błędów (oprócz tego jednego!) i świadom potencjalnej wagi odkrycia upublicznił nie tylko ostateczne dane pomiarowe, ale również szczegóły techniczne eksperymentu. W ciągu kilku tygodni dokonano ponownego, dokładniejszego pomiaru prędkości neutrin. Nie zaprzestano przy tym poszukiwania błędów mogących wpłynąć na wynik doświadczenia, a gdy został on odkryty i potwierdzono, że to właśnie niedokręcony kabel zafałszował końcowe rezultaty, nie zawahano się tę informację natychmiast podać do publicznej wiadomości.

Czytaj także

Aktualności, komentarze

W nowej POLITYCE

Zobacz pełny spis treści »

Poleć stronę

Zamknij
Facebook Twitter Google+ Wykop Poleć Skomentuj

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną