Eiropas Kodolpētniecības organizācijas (CERN) pētījumu centrs pagājušajā nedēļā saņēma ārkārtīgi negaidītus rezultātus, kas fizi ir apjukuši: šķiet, ka subatomiskās daļiņas var pārvietoties ātrāk nekā gaismas ātrums
Tas notika pirms diviem gadiem eksperimenta laikā ar detektoru OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus), kas atrodas 1400 metru dziļumā zem Itālijas Apenīnām Gran Sasso pazemes laboratorijā. Tieši šeit, caur zemes biezumu, ierodas tau-neitrīno stari, kas izveidoti pie SPS protonu supersynchrotron pazemes laboratorijā CERN, kas atrodas 732 kilometru attālumā. Tā kā tau neitrīno lido brīvi pa jebkuru vielu (piemēram, tiek lēsts, ka līdz 10 līdz 14 Saules radītajiem neitrīno spēkiem katru dienu lido caur mūsu ķermeni), zinātnieki ir aprēķinājuši, ka viņiem šis ceļš jāpārvar aptuveni 3 milisekundēs - kā parasti gaismas fotons.
Bet notika negaidītais: pēc tam, kad tika izmērīts laiks, kad neitrīno trāpa mērķī, pētnieki pēkšņi atklāja, ka neitrīno atnāca ātrāk par aptuveno laiku par aptuveni 60 nanosekundēm. Protams, sākumā zinātnieki vienkārši neticēja savām acīm: galu galā, pat no skolas, mēs visi lieliski zinām, ka gaismas ātrums vakuumā, sasniedzot 299 792 458 metrus sekundē, saskaņā ar Einšteina īpašo relativitātes teoriju ir universāla fiziska konstante, tas ir, nekas un nekad nespēj pārvietoties ātrāk. Tas ir daļiņu kustības un mijiedarbības izplatīšanās ierobežojošais ātrums.
Tāpēc pētnieki nolēma vēlreiz pārbaudīt savus sensorus un pēc tam atkārtoja eksperimentu ar tādu pašu rezultātu. Kopš tā laika ir pagājuši vairāk nekā divi gadi nepārtrauktas tau neitrīno bombardēšanas, un, kā norāda Dario Autiero, viens no OPERA projekta vadītājiem, viņi ir reģistrējuši vairāk nekā 16 tūkstošus gaismas ātruma pārsniegšanas gadījumu. Piekrītu, tas vairs nav tas gadījums, kad jūs varat to vienkārši notīrīt.
Un 2011. gada 23. septembrī CERN konferenču zālē profesors Dario Autiero starptautiskas pētnieku komandas vārdā nolasīja īpašu ziņojumu, kurā viņš ne tikai oficiāli apstiprināja šī sensacionālā eksperimenta rezultātus, bet arī apšaubīja pašu mūsdienu zinātnes pamatu - Einšteina teoriju. (Interesanta detaļa: Autiero ziņojumu parakstīja 174 zinātnieki, savukārt eksperimentā piedalījās 216 cilvēki, iespējams, ne visi zinātnieki piekrita parakstīt dokumentu, kas faktiski pieņem lēmumu par vienu no elementārdaļiņu fizikas postulātiem.) Bet 1976. gada Nobela prēmijas laureāts izteica savu piekrišanu kolēģiem. Semjuels Tings, MIT Augstas enerģijas fizikas laboratorijas vadītājs.
Foto: CERN
OPERA detektors (attēlā) ierakstīja skaidru neitrīno taku pirms paredzētā laika.
Kļūdu nevar būt.
Tā kā pats profesors Dario Autiero atteicās atbildēt uz žurnālistu jautājumiem, Ogonyok īpašais korespondents nolēma uzdot Francijas Nacionālā kodolfizikas institūta direktora vietniekam Stavros Katsanevas komentēt šo notikumu un daļiņu fizika, kurš ir arī OPERA eksperimenta dalībnieks.
- Kāpēc šie rezultāti tika paziņoti šodien?
- Mēs apzinājāmies, kāds ir neticams šoks, kad jūs ziņojat, ka ir kaut kas tāds, kas lido ātrāk nekā gaisma. Tas ir tik nesaprotami, ka mums bija jāveic bezgalīgi daudz pārbaužu. Mēs pastāvīgi esam ņēmuši vērā "sistemātiskas kļūdas" iespējamību, kuru skeptiķi izvirzīja kā fenomena skaidrojumu. Bet to patiešām bija iespējams pārbaudīt bezgalīgi. Un mēs sapratām, ka ir pienācis laiks apstāties, jo pret mūsu gribu mūsu rezultāti sāka smelties ārpus mūsu zinātnieku aprindām. Mēs negribējām, lai informācija tiktu nopludināta pirms mūsu pašu rezultātu publicēšanas. Un tas kļuva neizbēgami. Bija skaidrs, ka ir pienācis laiks publicēt mūsu rezultātus.
- Neskatoties uz to, skeptiķi pieprasa jaunus testus, bet citās pasaules laboratorijās …
- Es uzticos komandai, ar kuru esmu strādājis visu šo laiku. Mūsu piesardzības pasākumi eksperimenta laikā bija ļoti lieli, un viss process noritēja visaugstākajā apzinīguma pakāpē, pamatīgi, tā sauktajā "visaugstākajā līmenī". Bet es piekrītu apgalvojumam, ka Fermi laboratorijā pie Čikāgas tagad ir vēlams pārbaudīt tā sauktās sistemātiskās kļūdas iespējamību. Iepriekš varēja paļauties uz japāņu kolēģu efektīvu līdzdalību, taču pašlaik viņu pētījumi ir apturēti zemestrīces un cunami laikā notikušās iznīcināšanas rezultātā. Ja Fermi laboratorijā tiek atrasts reāls mūsu rezultātu apstiprinājums, tad to var uzskatīt par laikmeta atklājumu visai pasaules zinātnei.
- Ja apstiprināsies jūsu secinājums, kas apgāž fizikas pamatus, un gaismas ātrums tiešām nav robeža, ko tas dos cilvēcei?
- Jebkura teorija tiek veidota kā slavenā krievu matrjoškas lelle, kad vienas matrjoškas iekšpusē ir vēl viena, mazāka. Un tad vēl mazāks. Un tālāk. Bet uzreiz nav iespējams redzēt, cik viņu ir iekšā un kādi viņi ir. Pagaidām esam atvēruši tikai pirmo ligzdojošo lelli. Zinātnes likums: no vispārīgas līdz detaļām, no lielas līdz mazai. Redziet, mēs nekad iepriekš neesam pārbaudījuši Einšteina teoriju kinētiskos apstākļos. Un tagad mēs pārbaudām to, ko neviens iepriekš nav pārbaudījis. Un, ja rezultāts izrādījās šāds, tad nav jābaidās un jāsaka, ka tas tā nevar būt. Mums jāmeklē zinātniskā patiesība.
- Vai krievu zinātnieki piedalījās jūsu eksperimentā?
- Mums ar Dubnu ir ļoti labas attiecības. Mūsu grupā ir daudz krievu fiziķu. Mans kolēģis Aleksandrs Olševskis, kurš vadīja krievu kolēģus, daudz paveica visa eksperimenta panākumu gūšanai.
- Ko jūs plānojat darīt nākamajā programmas posmā?
- Atkal un atkal, izmantojot pasaules zinātnieku aprindas, pārbaudiet un vēlreiz pārbaudiet mūsu rezultātus.
- Nu, un tad, ja jūs nekļūdījāties?
- Sākt pārdomāt molekulāro daļiņu un astrofizikas fizikas likumus, kosmoloģiju un visu, ja vēlaties, Visumu …
Lielais aizliegums ir atcelts
Vēl 1930. gadā Londonā banketā par godu Albertam Einšteinam Bernards Šovs sacīja: “Ptolemajs radīja Visumu, kas ilga 1400 gadus. Ņūtons radīja Visumu, kas ilga 300 gadus. Einšteins radīja citu Visumu, un es nevaru pateikt, cik ilgi tas turpināsies."
Foto: CERN
OPERA detektors pirms paredzētā laika ierakstīja skaidru neitrīno ceļu (attēlā).
Nu, izrādās, ka šodien Einšteina Visums beidz savu eksistenci? Tomēr nesteidzieties tik ātri.
Fakts ir tāds, ka īpašā relativitātes teorija (SRT) saka, ka mēs dzīvojam četrdimensiju telpā un nevaram pārvarēt gaismas ātrumu šajā telpā. Tajā pašā laikā SRT pati par sevi nenoliedz daļiņu esamību, kas spēj pārvietoties ar superluminālu ātrumu. Turklāt šādām daļiņām, kas pastāv tikai teorētiski, tās pat izdomāja īpašu nosaukumu - tahioni. Tiesa, fiziķi atzīst viņu eksistenci ar vienu atrunu: tahoni nevar pārvietoties lēnāk par gaismas ātrumu. Šajā gadījumā daļiņu enerģijas atkarība no ātruma izrādās apgriezta: jo lielāka enerģija, jo tuvāk tahionu ātrums ir gaismas ātrumam.
Un, lai izskaidrotu tau-neitrīno fenomenu, zinātnieki no CERN jau ir izvirzījuši pirmās darba hipotēzes, kas apstiprina SRT noteikumus. Piemēram, vienā no hipotēzēm teikts, ka tau neitrīno izraisīja "īssavienojumu" starp pasaulēm, kā dēļ viņi saīsināja ceļu.
Starp citu, zinātnieki ne reizi vien ir fiksējuši gaismas ātruma pārsniegšanas gadījumus - piemēram, 1987. gada 23. februārī slavenā supernovas SN1987A uzliesmojuma laikā Lielajā Magelāna mākonī. Tad tika reģistrēti arī neitrīno, kas ieradās vairākas stundas pirms gaismas impulsa. Tomēr, tā kā neitrīno un gaisma, ceļā pavadījuši 170 tūkstošus gadu, atšķīrās ne vairāk kā par dažām stundām, zinātnieki secināja, ka to ātrums ir ļoti tuvu un atšķiras ne vairāk kā par miljarddaļām. OPERA eksperiments parāda tūkstoš reižu lielāku neatbilstību.
Bet līdz šim pat visslavenākie revolucionāri no OPERA nesteidz prognozēt, kurā virzienā zinātne var pagriezties. Fakts ir tāds, ka mūsdienu fizika balstās ne tikai uz Einšteina teoriju, bet arī uz kvantu mehāniku, kas parādījās arī 20. gadsimta sākumā. Un mēģinājums apvienot šīs divas teorijas, izveidojot Vispārīgo teoriju (jeb Fizikas standarta modeli), šodien ir visu pasaules vērienīgākais uzdevums no visiem zinātniekiem. Un kas zina, varbūt tieši Einšteina lielā aizlieguma atcelšana spēs zinātniekiem palīdzēt paveikt to, pie kā pats Alberts Einšteins nekad nav ticis?