Kaj pa, če so nevtrini vendarle hitrejši od svetlobe?

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.