V CERN-u se lov na prehitre nevtrine nadaljuje

Septembra je veliko prahu dvignila objava fizikov iz CERN-a, da so izmerili hitrost potovanja nevtrinov, ki presega svetlobno hitrost. Ker je to odkritje v nasprotju z vso veljavno fiziko, so se fiziki hitro razdelili v dva tabora zagovornikov in nasprotnikov. Preden bo jasno, katera struja ima prav, bo treba poizkus še nekajkrat ponoviti in po možnosti isto veličino izmeriti še z drugimi, neodvisnimi metodami.

V CERN-u so merili čas, ki ga nevtrini potrebujejo za pot 732 kilometrov med trkalnikom delcev CERN v Ženevi v Švici in laboratorijem Gran Sasso v Italiji. Izmerili si hitrost dveh curkov nevtrinov, ki so imeli energije 17 GeV oziroma 28 GeV, in obakrat dobili nadsvetlobno hitrost. Posebej sumljivo je dejstvo, da je izmerjena hitrost zgolj za faktor (2,48 ± 0,28 (statistična napaka) ± 0,30 (sistemska napaka)) × 10⁻⁵ višja od svetlobne. V CERN-u so takrat zagotovili, da so vso opremo in meritve večkrat preverili, tako da je rezultat pravilen, a skepsa ostaja.

Fiziki sedaj pospešeno iščejo razloge, ki bi lahko vplivali na meritev in povzročili napako, zaradi katere je izmerjena hitrost navidezno večja od svetlobne. V nasprotnem primeru bo namreč treba del fizike postaviti na novo, popravki pa za zdaj niso videti elegantni, tako da ne dišijo nikomur. Objavljenih je bilo tudi že nekaj člankov, ki možnost nadsvetlobnih nevtrinov s teoretičnega vidika zavračajo (v tem primeru bi namreč sevali energijo in bi se curek hitro iztrošil). Možnosti za napako v eksperimentu je več, med njimi pa so najbolj verjetne slaba umeritev ur, napačna meritev dolžine poti nevtrinov ("tunela", kot ga je nespretno poimenovala italijanska ministrica) ali problem s statistično obdelavo meritev.

Znanstveniki so najprej podvomili o usklajenost ur na obeh merilnih postajah (v Ženevi in Gran Sassu). Če v CERN-u ne bi upoštevali relativističnih učinkov zaradi gibanja satelitov GPS (popravek podaja Lorenzova transformacija), bi to lahko prispevalo kritičnih 60 nanosekund odstopanja. V CERN-u odvračajo, da so gibanje satelitov GPS upoštevali, pritrjuje pa jim tudi zasnova sistema GPS, ki že sam po sebi kompenzira relativistične učinke. Če jih namreč ne bi, sistem sploh ne bi bil uporaben.

Septembrska meritev ni prva, kjer se je ponudila možnost, da bi imeli nevtrini nadsvetlobno hitrost, je pa prva, ki trdi izključno to. V dogodku SN 1987A, kakršna je astronomska oznaka za supernovo, ki smo jo prvikrat opazili leta 1987, je Zemljo približno tri ure pred vidno svetlobo zadel curek nevtrinov, kar je v skladu s teoretičnimi izračuni, da supernove večino energije oddajo z nevtrini. Takrat so fiziki zaključili, da nevtrini niso za 20 ppb hitrejši od svetlobe, ampak jih je supernova izsevala pred vidno svetlobo. Eksperiment MINOS v chicaškem Fermilabu pa je leta 2007 odkril, da je hitrost nevtrinov 1.000.051 ± 29 c/1000000 (s 68-odstotnim intervalom zaupanja) oziroma 1.000.051 ± 75 c/1000000 (z 99-odstotnim intervalom zaupanja). Ta dva eksperimenta sta bila potem razložena z veljavno teorijo, ki pravi, da nevrini potujejo s svetlobno hitrostjo oz. malo počasneje.

Ker pa je septembrski rezultat iz CERN-a v neskladju s tem, saj terja strogo višjo hitrost od svetlobe, so fiziki v zagati. Ker sistematične napake, ki vlekla rezultate v eno smer, še niso odkrili, bodo eksperiment ponovili. Sedaj v Gran Sasso pošiljajo drugačen curek nevtrinov, ki ga bodo potem tudi natančno premerili, da ugotovijo morebitne sistematične napake. Nato bodo izvedli meritev časa preleta. V prvotnem eksperimentu so nevtrine pošiljali v pulzih, dolgih 10 mikrosekund, nato pa so rezultate meritev s statistično obdelavo primerjali s časi proženja pulzov (posameznih nevtrinov pač ne moremo meriti, saj je občutljivost detektorjev zelo nizka). Takrat so bili nevtrini 60 nanosekund prehitri. To pot bodo nevtrine pošiljali v curkih, ki bodo trajali eno ali dve nanosekunde in v razmakih 500 nanosekund.

Poleg tega bodo preizkuse izvedli še v MINOS-u v ZDA in v japonskem T2K. Na vseh treh celinah bodo poizkusili bodisi potrditi bodisi ovreči teorijo o nadsvetlobni hitrosti nevtrinov.