Konec neposlušných neutrin

Je tomu půl roku, co svět obletěla zpráva, která mnohým, veřejnosti i odborníkům, vyrazila dech: Einstein se mýlil, světlo lze i ve vakuu (v prostředí to není problém) předběhnout. Tou neposlušnou částicí, co tohle měla dokázat, bylo neutrino, přesněji řečeno mionové neutrino, vyrobené v ženevském výzkumném centru CERN při srážkách protonů s protony.

V předchozích článcích pro ČESKOU POZICI jsem popsal původní uspořádání experimentu OPERA s dlouhými pulzy neutrin i jeho modifikaci s velmi krátkými pulzy, jež výsledek měření rychlosti neutrin v původním uspořádání potvrdila. Tak zásadní objev, jenž by narušil jeden ze dvou hlavních pilířů moderní fyziky (druhým je kvantová teorie), však bylo nutné podrobit dalším zevrubným prověrkám, a to jak v rámci samotného experimentu OPERA, tak především v jiných nezávislých experimentech. Proto byl plánován na jaro letošního roku další běh experimentu OPERA s ještě jiným uspořádáním svazku neutrin. A podobná měření plánovaly i experimenty v USA a Japonsku.

reklama

Kdo se mýlí v neutrinech, rychlejších než světlo?

Mezitím však došlo ke dvěma událostem, které situaci dramaticky změnily a velmi pravděpodobně přinesly odpověď na otázku položenou v mezititulku. Nejdříve v úterý 28. února vydala kolaborace experimentu OPERA toto oficiální prohlášení:

Kolaborace OPERA identifikovala při pokračující prověrce měření rychlosti neutrin dva problémy, které by mohly významně ovlivnit publikované výsledky. První se týká oscilátoru, který se používá pro určení času srážky neutrin mezi dvěma synchronizacemi pomocí GPS. Druhý souvisí s připojením optického kabelu, jímž je přiváděn k centrálním hodinám experimentu signál z externího GPS. Tyto dva problémy by mohly změnit dobu letu neutrina opačným směrem. Pokračujeme ve snaze jednoznačně stanovit jejich vliv na pozorovaný efekt a těšíme se na nové měření rychlosti neutrin, jakmile bude k dispozici jejich nový svazek. Podrobná zpráva o výše zmíněné prověrce a jejich výsledcích bude v nejbližší době poskytnuta vědecké obci a agenturám.
(Trochu zjednodušeně řečeno, byla nalezena chyba v kabeláži v místě klíčovém pro synchronizaci času v CERN a OPEŘE.)

Krátce nato, 15. března, se na webu objevil článek kolaborace ICARUS nazvaný Měření rychlosti neutrin v detektoru ICARUS, jehož výsledky jsou v souladu s teorií relativity a v přímém rozporu s výsledky experimentu OPERA.

Připomeňme, že experiment ICARUS využívá stejný svazek neutrin vyrobený v CERN jako OPERA a je umístěn ve stejné laboratoři asi 56 metrům před OPEROU. Byl uveden do provozu teprve v roce 2010 a má podstatně širší vědecký program než OPERA. Je také menší a používá zcela jinou metodu detekce neutrin. Právě různost metod detekce a konstrukce detektoru je důležitá pro nezávislé potvrzení či vyvrácení výsledků OPERY.

Má pravdu ICARUS?

Experiment ICARUS využil na přelomu října a listopadu 2011 stejného svazku složeného z krátkých pulzů neutrin jako OPERA. Zaznamenal celkem sedm případů srážek neutrin, zatímco OPERA jich zaznamenala 20. Tento rozdíl je důsledkem skutečnosti, že objem citlivé části detektoru ICARUS je menší než u OPERY a ICARUS nabíral data jen polovinu doby od 22. října do 6. listopadu 2011, kdy byl v provozu svazek neutrin z CERN s krátkými pulzy.

Výsledky OPERY a ICARUSU

V levé části obrázku je vyneseno rozdělení počtu neutrin (na ose y) zaznamenaných v OPEŘE jako funkce doby, o kterou přiletěla do detektoru OPERA neutrina dříve (kladná část osy x) nebo později (záporná část osy x), než by měla, kdyby se pohybovala přesně rychlostí světla ve vakuu. Vidíme, že všechna neutrina přiletěla dříve, než měla, a že doba, o níž neutrina v OPEŘE předběhla světlo, se pohybuje v intervalu od 40 do 90 miliardtin vteřiny se střední hodnotou kolem 60 miliardtin vteřiny. V pravé části obrázku je pak analogické rozdělení pro sedm případů zaznamenaných detektorem ICARUS. Vidíme, že v tomto případě je rozdělení rozloženo symetricky kolem nuly (některá neutrina tedy přiletěla dříve a některá později, než by letělo světlo ve vakuu) a střední hodnota je plně konzistentní s nulou.

Čí to byla chyba?

Je předčasné dělat definitivní závěr, že v měření OPERY byla technická chyba, ale je to nanejvýše pravděpodobné. ICARUS si dal s analýzou oněch sedmi případů na čas, ale to je správné. Je také známo, že mezi kolaboracemi OPERA a ICARUS panuje značná konkurence, což je i ve vědě v zásadě pozitivní věc. Vedoucím ICARUSU je Carlo Rubbia, laureát Nobelovy ceny za fyziku v roce 1984 a bývalý ředitel CERN, osobnost mimořádně aktivní i v pokročilém věku, který metodu detekce částic používanou v ICARUSU vymyslel.