Prijavi se z GoogleID

» »

Kaj pa, če so nevtrini vendarle hitrejši od svetlobe?

Kaj pa, če so nevtrini vendarle hitrejši od svetlobe?

Kolaboracija KATRIN bo mimogrede preverila, ali ima Ehrlichova teorija kaj možnosti.

Delcem z imaginarno maso se energija ob povečanju hitrosti zmanjša.

Detektor nevtrinov.

Slo-Tech - Debata o hitrosti nevtrino še vedno ni povsem končana, čeprav je predlani ekipa iz CERN-a ugotovila, da so bile njihove predhodne meritve napačne. Robert Ehrlich z Univerze George Mason trdi, da se nevtrini gibljejo z nadsvetlobno hitrostjo in da imajo imaginarno maso, kar naj bi elegantno pojasnilo šest različnih meritev. Podrobnosti so v članku, ki je objavljen v Astroparticle Physics.

Nesrečne nevtrine so si najprej povsem teoretično izmislili, da bi elegantno razložili beta razpad, ko v jedru nevtron (tedaj seveda niso vedel, da gre za razpad nevtrona, videli so le spremembo atomskega števila) razpade v proton in elektron (beta minus razpad) ali pa se proton pretvori v nevtron in pozitron (beta plus razpad). Da bi se pri razpadu ohranili energija, gibalna količina in spin, je Wolfgang Pauli leta 1930 predpostavil nastanek še tretjega delca, ki se ga je prijelo ime nevtrino (sam ga je poimenoval nevtron, a je potem to isto ime uporabil James Chadwick, ko je dve leti pozneje odkril delec, ki mu danes pravimo nevtron).

Nevtrine je izjemno težko zaznati, ker s snovjo zelo šibko interagirajo. Prvič so nevtrine neposredno zaznali šele leta 1956. Danes vemo, da obstajajo tri vrste (okusi) nevtrinov: elektronski, muonski in tauonski ter njihovi antidelci. Vprašanje, ali imajo nevtrini maso, smo uspešno razrešili. Nevtrini imajo maso, kar je mimogrede rešilo tudi problem Sončevih nevtrinov, ki jih na Zemlji zaznamo premalo. V resnici jih čisto dovolj, saj nevtrini lahko spreminjajo okus, če imajo maso – in to številni na poti do Zemlje tudi storijo.

Einsteinova teorija relativnost je hitrost svetlobe v vakuumu zelo uspešno razglasila kot absolutno omejitev hitrosti v vesolju. Če imajo nevtrini torej maso, se ne morejo gibati s hitrostjo svetlobe v vakuumu. Potem je leta 2011 CERN razburkal fizikalno srenjo z objavo, da nevtrini potujejo hitreje od svetlobe. Merili so čas njihovega preleta iz Ženeve (CERN) v Gran Sasso v Italiji ter ugotovili, da so prispeli 60 nanosekund prehitro. Začelo se je seciranje eksperimenta in ugotovili so, da so zagrešili dve napaki, in da v resnici nevtrini niso hitrejši od svetlobe. Eksperiment je bil zasnovan povsem legitimno, a se je pri gradnji aparature snel eden izmed kablov, kar je bil glavni vir napake (ne pa edini). Se zgodi, se odkrije in se popravi.

Kaj pa če nevtrini vendarle potujejo hitreje od svetlobe, se ponovno sprašuje Ehrlich. Trdi, da imajo nevtrini maso približno 0,33i eV. To naj bi se ujemalo z meritvami fluktuacij mikrovalovnega ozadja vesolja, gravitacijskega lečenja, spektrov kozmičnih žarkov, oscilacij nevtrinov in dvojega beta razpada. Z upoštevanjem meritev vseh teh pojavov zaključuje, da je kvadrat mase elektronskega nevtrina enak -0,11 +/- (0,016) (eV)2. To je približno milijonkrat manj od mase elektrona, če zanemarimo predznak. Če je kvadrat mase negativen, je torej masa imaginarna.

Preden odmahnemo z roko velja poudariti, da nadsvetlobni delci niso povsem nemogoči, dasi bi jim to prineslo nekaj izjemno nenavadnih lastnosti. Od svetlobe hitrejši delci se imenujejo tahioni in jih – logično – še niso odkrili, medtem ko so luksoni, ki se gibljejo s svetlobno hitrostjo, in počasnejši bradioni znani. Da bi nevtrini utegnili biti tahioni, ni misel tega tisočletja. Chodos, Hauser in Kostelecky so že leta 1985 predlagali, da so nevtrini tahioni. Bilaniuk, Deshpande in Sudarshan so namreč že leta 1962 ugotovili, da teorija relativnosti ne prepoveduje obstoja delcev, ki so hitrejši od svetlobe. Pravi le, da nobenega delca z maso ne moremo pospešiti do svetlobne hitrosti, kaj šele čez. Če pa bi po neznanem mehanizmu nastal delec, ki bi imel že takoj ob nastanku nadsvetlobno hitrost, njegov nadaljnji obstoj ne bi kršil nobenega zakona.

Poleg napačne meritve leta 2011 v CERN-u se je o tahionski naravi nevtrinov na glas razpravljalo tudi leta 1987. Ko je razneslo supernovo SN 1987A (pravzaprav jo je razneslo pred 168.000 leti, le da je svetloba do Zemlje potovala toliko časa), je nevtrine na Zemljo prineslo dve do tri ure pred svetlobo. Detektorji po svetu so zaznali 24 nevtrinov (za predstavo o res šibki interakciji nevtrinov s snovjo). Danes sprejeta razlaga fenomen pojasnjuje z emisijo nevtrinov, ki se je zgodila hipno ob kolapsu jedra, medtem ko so fotoni nastali pozneje.

Tahioni z imaginarno maso bi vseeno imeli sila čudne lastnosti. Ko bi njihova hitrost naraščala, bi se njihova masa manjšala. Drugače povedano – svetlobna hitrost bi bila spodnja meja, pod katero jih sploh ne bi mogli upočasniti. Predmeta, ki bi se gibal z nadsvetlobno hitrostjo, sploh ne bi mogli videti, dokler ne bi bil že mimo. Ko bi priletel mimo opazovalca, pa bi slednji videl dve sliki predmeta – modro premaknjena bi se gibala nazaj v smer, od koder je priletel, rdeče premaknjena pa naprej v smeri poti. Tahioni pa bi omogočili tudi antitelefon, ki bi pošiljal informacije v preteklost.

Ehrlich je v članku predlagal tri eksperimente, ki lahko ovržejo njegove trditve. Enega bo kolaboracija KATRIN začela izvajati že prihodnje leto, torej bo kmalu jasno, ali je v njegovih teorijah dosti resnice. Kanon fizikov je namreč zelo skeptičen.

10 komentarjev

FlyingBee ::

potujejo v času

JayKay ::

ne striktno povezano z nevtrini, ampak vredno ogleda
The Secrets of Quantum Physics
http://www.bbc.co.uk/programmes/b04v5vjz

Izi ::

Jaz sem tudi zelo skeptičen. Erlič je preveč sci-fi filmov gledal.

Tear_DR0P ::

a lahko meni neukemu nekdo razloži, zakaj bi tahion nujno omogočil tudi antitelefon?
"Figures don't lie, but liars figure."
Samuel Clemens aka Mark Twain

Jarno ::

Obstajajo predpostavke, da je prostor multidimenzionalen.
Nevtrini imho radi poniknejo v kakšno imaginarno dimenzijo in se sem ter tja realizirajo.
Zato morajo najprej razjasniti zgradbo samega prostora in bodo lažje razložili nevtrine, temno materijo ipd.
Prostor bi skorajda moral obstajati, npr. po eni strani se govori o substratu, ki se zlahka ukrivlja.

jype ::

Ogromno dela je še z računanjem teh prekletih topologij, preden bomo imeli kolikor toliko uporabno večdimenzijsko (najverjetneje M) teorijo, iz katere se bo dalo "videt" nevtrine.

MrStein ::

ja Wolfgang Pauli leta 1930 predpostavil nastanek še tretjega delca, ki se ga je prijelo ime nevtrino (sam ga je poimenoval nevtron, a je potem to isto ime uporabil James Chadwick, ko je dve leti pozneje odkril delec, ki mu danes pravimo nevtron).

1.) "ja" = "je" verjetno

2.) Pauli je razložil razpad delca, ki so ga komaj pozneje odkrili?

Če pa bi po neznanem mehanizmu nastal delec, ki bi imel že takoj ob nastanku nadsvetlobno hitrost, njegov nadaljnji obstoj kršili nobenega zakona.

Tu tudi ena niklanica manjka. Pa množina/ednina zamešana v zadnjem stavku.
Motiti se je človeško.
Motiti se pogosto je neumno.
Vztrajati pri zmoti je... oh, pozdravljen!

Zgodovina sprememb…

  • spremenil: MrStein ()

Ghenghiz ::

MrStein je izjavil:

2.) Pauli je razložil razpad delca, ki so ga komaj pozneje odkrili?


Pauli je naredil teorijo; Chadwick je izvedel eksperiment s katerim je bil obstoj nevtrona potrjen.

MrStein ::

Ja, ampak Higgsov bozon tudi niso poimenovali "cernium" ali podobno, čeprav so ga tam odkrili, in zanemaril prejšnje "teoretično" ime.
Razen, če je Pauli ves čas uporabljal naziv "delec X"...
Motiti se je človeško.
Motiti se pogosto je neumno.
Vztrajati pri zmoti je... oh, pozdravljen!

one too many ::

Ghenghiz je izjavil:

MrStein je izjavil:

2.) Pauli je razložil razpad delca, ki so ga komaj pozneje odkrili?


Pauli je naredil teorijo; Chadwick je izvedel eksperiment s katerim je bil obstoj nevtrona potrjen.

Pauli je prepostavil delec, ki mu danes pravimo nevtrino. Imenoval ga je nevtron, vendar se to ime ni prijelo. Medtem je Chadwick odkril nevtralni delec v jedru - nevtron, ki ga je tudi imenoval nevtron.
Nevtrino in nevtron namreč nista ista delca. Oba sta sicer brez naboja in ju je posledično težko zaznati, vendar nevtrino bistveno, bistveno težje. Z okolico namreč interigira samo preko šibkje jedrske sile (nevtron še z močno jedrsko silo - kar drži protono in nevtrone v jedru in kvarke skupaj). Seveda je med njima še več drugih razlik.

Kako je Pauli sklepal na nevtrino? [OK, mogoče ni ravno tako sklepal, ampak to je tak šolski dokaz]
Če imamo razpad delca na dva druga, morata ta odleteti z znanima hitrostma, saj se gibalna količina in energija (tako kintetična kot masa) ohranjata. Ko merimo energije in hitrosti nastalih delcev, bi dobili dva delta vrha. Toda izmerili so zvezno porazdelitev, kar pomeni, da sta energija in gibalna količina morali nekam iti v nek delec - nevtrino.
Paziti moramo na analogijo s klasičnimi trki. Ti so lahko neelastični, kjer se del kinetične energije izgubi v notranji energiji (npr. deformacija). Osnovni delci višjih energetskih stanj nimajo, njihova energija je namreč sestavljena samo iz mase in kinetične energije (drugo je npr. elektron v atomu oz. nekem drugem potencialu, tam je možno, da skoči v višje energetsko stanje - potencialna energija).
Zdej, a je to fizičen delec ali ne je bolj filozofsko vprašanje. Podobno kot foton. Kako je lahko delec, če nima mase, nima naboja? S tem da foton vsaj učinkuje na druge delce s trki (ali pa npr. fotoefekt), nevtrino pa bistveno šibkeje in redkeje.
Še večja bizarnost so fononi, magnoni, plazmoni, *oni. To so kvazidelci s katerimi opišemo kolektivno obnašanje sistema. Resnično niso delci, le sistem se tako obnaša! Npr. sipanje fotona na fononu, kjer se gre za sipanje svetlobe na kristalu!.


O več dimenzionalnem prostoru:

V fiziki imamo stalno opravka z večdimenzionalnimi prostori. Še več, opravka imamo celo z različnimi prostori! In to tudi če odmislimo Fourierovo transformacijo, npr. k-prostor (čeprav so stvari globlje kot samo Fourierova transformacija) ali frekvenčna analiza signala.
Prva stvar je teorija relativnosti, zaradi katere moramo vključiti še čas. Dobimo 4D prostor prostor-čas oziroma prostor Minkowskega. Prostoru oz. transformacijam pripišemo grupo, ki opiše simetrijske lastnosti, v tem primeru grupo SO(1,3).
Podobno pri kristalografiji pripišemo grupe različno simetričnim kristalom (teh je ogromno: link).

Elektronu lahko pripišemo koordinate in čas kot tudi spin. Ta je v svojem prostoru - prostoru spinorjev, ki ima svojo simetrijo - grupo SU(2). Elementi takega prostora so matrike! Če ne upoštevamo relativnosti so to 2x2 matrike: identiteta in Paulijeve matrike. Npr. če merimo spin v osi z, vidimo, da ima lahko vrednost +1 ali -1, spin je tako 1/2 ħσz.
Če upoštevamo relativnost, imamo 4x4 matrike (x2 ker dobimo še antidelce).
Zakaj take komplikacije? Zato ker je pravzaprav lažje. Če ne bi morali reševati enačbe za vsako komponento spina in še upoštevati sklopitev med njimi, tako pa preprosto rešujemo enačbo z valovno funkcijo, ki je vektor - njene komponente pomenijo različne spine in delec/antidelec.

Potem upoštevamo še prehode med različnimi delci. Na primer nevtron in proton. Ker sta dva ju zopet opišemo z SU(2) grupo - izospinom. Kasneje so se stvari z novimi odkritimi delci zakomplicirale in kakor mi je znano izospin ni več uporaben. Kljub temu, danes se stvari opisujejo z vidika simetrij. Prostor je večdimenzionalen v smislu opisa dodatnih lastnosti in ne, kot da bi iskali še četrto prostorsko dimenzijo. Pravzaprav obstaja ogromno različno dimenzionalnih teorij, ki poskušajo čim enostavneje razložiti čim več. Seveda večdimenzionalnost prinese zanimive lastnosti, npr. sočasnost v teoriji relativnosti. Ne pomeni pa, da se nevtrino nekaj časa v R3 prostoru sploh ne nahaja, temveč ima zelo zanimivo spinsko komponento.
Hočem reči, vesoljci se ne nahajajo v drugih dimenzijah, ki jih ne vidimo. :D


Vredno ogleda ...

TemaSporočilaOglediZadnje sporočilo
TemaSporočilaOglediZadnje sporočilo
»

Kaj pa, če so nevtrini vendarle hitrejši od svetlobe?

Oddelek: Novice / Znanost in tehnologija
106465 (5014) one too many
»

Nevtrini spreminjajo okus

Oddelek: Novice / Znanost in tehnologija
244583 (2580) echo
»

Uradno: nevtrini niso hitrejši od svetlobe

Oddelek: Novice / Znanost in tehnologija
164808 (3093) BlueKnight
»

V CERN-u se lov na prehitre nevtrine nadaljuje

Oddelek: Novice / Znanost in tehnologija
326454 (3518) MrStein
»

CERN/OPERA: nevtrini imajo maso

Oddelek: Novice / Znanost in tehnologija
227863 (6287) Thomas

Več podobnih tem