Юный техник, 2012 № 01

РАЗБЕРЕМСЯ, НЕ ТОРОПЯСЬ… OPERA с неожиданным финалом

Начать нам придется с того, что нейтрино, вокруг которого разгорелся весь сыр-бор, сама по себе весьма необычная частица. Еще в 1914 году английский физик Джеймс Чедвик, изучая явление бета-распада, при котором ядро элемента излучает электрон или позитрон, обнаружил, что при этой реакции часть энергии пропадает неизвестно куда. Пятнадцать лет физики ломали себе голову над явным нарушением закона сохранения энергии, пока в 1930 году швейцарский физик Вольфганг Паули не предположил, что часть энергии уносит с собой некая скрытная частица, которую не удается зарегистрировать.

Теоретически вычисленную частицу итальянский физик Энрико Ферми предложил назвать нейтрино, что в переводе означает «маленький нейтрон, нейтрончик». Потому как новая частица имела нулевой электрический заряд, как и нейтрон, но гораздо меньшую массу. (Некоторые физики и поныне полагают, что масса покоя нейтрино вообще равна нулю.)

Младший собрат нейтрона, хоть и спас закон сохранения энергии, но сам по себе является частицей весьма странной. Оказалось, например, что он запросто может пронизать земной шар, не задерживаясь. Более того, судя по расчетам, при достаточной энергии длина свободного пробега частицы составляет порядка 100 световых лет! Наконец, выяснилось, что Солнце непрерывно бомбардирует окружающее пространство, в том числе и нашу планету, огромными потоками нейтрино — через мишень площадью в 1 квадратный сантиметр за секунду проходит порядка 100 миллиардов частиц, но треть из них куда-то таинственно исчезает по пути.

Во второй половине XX века выяснилось, что существует несколько типов нейтрино — тау, мюонные и электронные. Причем у каждой частицы есть ее антипод — антинейтрино. Оказалось также, что во время полета нейтрино осциллирует, то есть может превращаться из частицы одного типа в частицу другого. Этот-то «маскарад» и путал изрядно теоретиков при расчетах…

Профессор Антонио Эредитато полагает, что поток нейтрино превысил скорость света.

Путь нейтрино из одной лаборатории в другую.

В общем, хлопот с нейтринными странностями и так было немало. Но сенсация, облетевшая мир 23 сентября 2011 года, вообще повергла многих физиков в шок. Ученые, работающие в упомянутом уже проекте OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus — проект по изучению нейтринных осцилляций, использующий анализ эмульсионных пленок), не в силах более молчать, объявили, что мюонные нейтрино, похоже, способны двигаться со сверхсветовыми скоростями!

Это не первое заявление такого рода — в 2007 году MINOS обнаружил, что нейтрино от ускорителя в лаборатории Ферми приходят чуть раньше, чем следует. Но тогда ученые посчитали, что просто ошиблись в измерениях. В данном случае ошибка маловероятна. В рамках эксперимента ученым удалось зарегистрировать 16 111 событий, когда нейтрино приходили раньше расчетного нейтрино, времени. Неужто можно ошибаться столько раз?!

Схема эксперимента по запуску нейтрино

Ученые просят коллег, работающих на других ускорителях и детекторах, перепроверить их эксперименты и либо подтвердить, либо опровергнуть полученные результаты. При этом, как заявил Антонио Эредитато — представитель большого коллектива сотрудников OPERA (в проекте принимают участие 160 ученых из разных стран, включая Россию) — эксперимент сам по себе довольно прост: «Мы измеряем расстояние и время, а затем делим одно на другое — так же, как это делают в школе». И, стало быть, вероятность ошибки в расчетах не так уж велика, намекает исследователь.

Однако на самом деле Эредитато немного лукавит. Эксперименты его коллег достаточно сложны. Сначала в суперпротонном синхротроне (SPS), что расположен в CERN на границе Франции и Швейцарии и обычно используется для предварительного разгона пучков для Большого адронного коллайдера, каждые шесть секунд протоны бомбят графитовую мишень. В результате этого возникают мезоны, которые в полете начинают распадаться с выделением мюонных нейтрино (для этого частицам предоставлен туннель длиной в один километр). Затем частицы пролетают еще 730 км (расстояние измерено с точностью до 20 см), пересекают несколько государственных границ и оказываются в Италии, в Национальной лаборатории Гран-Сассо.

Здесь, под толщей горных пород в 1,4 км, располагается крупнейшая в мире лаборатория по изучению элементарных частиц. Горная порода позволяет свести к минимуму фон, создаваемый элементарными частицами, прилетающими из космоса. Частицы из CERN регистрируются при помощи детектора, состоящего из 150 тысяч фотоэмульсионных пластин, свинцовых прослоек толщиной около миллиметра и магнитного спектрографа.

И так раз за разом — более 16 000 экспериментов в течение нескольких лет. При этом всякий раз момент старта и момент прилета частиц фиксируется точнейшими атомными часами.

Известие об этом научном эксперименте не то чтобы было воспринято научным миром в штыки, но с известной долей здорового скепсиса. Самым популярным объяснением обнаруженного феномена пока называют систематическую ошибку в измерениях. «Готов заложить на спор собственный дом, что в эксперимент где-то закралась погрешность», — приводит ScienceNOW слова Чен Кен Джуна, физика из Университета Стоуни-Брук.

Другие ученые не столь эмоциональны в своих высказываниях, однако тоже отмечают, что результат нынешних экспериментов — не первая попытка опровергнуть постулат Эйнштейна о пределе скорости света. Вместе с тем во всех работах подобного рода рано или поздно обнаруживались ошибки. Стало быть, возможно, обнаружатся они и в этой работе.

Так, скажем, заместитель директора Института ядерных исследований РАН Леонид Безруков не преминул отметить, что данная задачка только кажется школьной. На самом деле она гораздо сложнее, а стало быть, и выше вероятность ошибки. Для окончательного суждения следует подождать повторения данного эксперимента в других лабораториях. А на это потребуется от нескольких месяцев до нескольких лет.

Академик Борис Иоффе из Института теоретической и экспериментальной физики полагает, что, кроме всего прочего, в сообщении доктора Антонио Эредитато и его коллег несомненно присутствует и так называемый человеческий фактор. Обнаружив нечто непонятное, они поспешили объявить о своем праве первооткрывателей, а уже потом вместе со всеми будут разбираться, что к чему.

Член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук Валерий Трубицын полагает, что поспешить исследователей заставило осознание важности обнаруженного ими открытия.

Некоторые исследователи отмечают, что данный результат может стать основой экзотических физических теорий, которые, например, предполагают наличие дополнительных измерений в нашем мире. Может оказаться, что нейтрино просто проскакивают из пункта А в пункт В по более короткому маршруту. (Как если бы червь прополз сквозь яблоко по прогрызенному им ходу вместо того, чтобы огибать плод по окружности.)

В общем, вариантов пока много. Какой из них окажется верным, покажет будущее.

И ВРЕМЕНИ НАСТУПИТ КОНЕЦ?

Обратить внимание на данный эксперимент с участием нейтрино нам посоветовал один из наших читателей, скрывшийся под ником КОК и назвавший себя независимым экспертом. Он напомнил, что это не единственное скандальное открытие нашего времени. «Не так давно, — пишет он по электронной почте, — международная группа физиков смоделировала в лаборатории и конец времени. Работа исследователей пока не принята к публикации, но ее препринт можно найти на сайте arXiv.org».

Для своих экспериментов авторы использовали метаматериалы — особый тип материалов, свойства которых зависят, прежде всего, от их структуры, а не от химического состава. Прохождение света сквозь некоторые из таких материалов описывается теми же уравнениями, которые описывают пространство и время.

Так вот, согласно их выкладкам получается, что через 3,7 млрд. лет время вообще может прекратить свое течение. «И что тогда случится, наверное, даже Всевышний пока представить себе не может», — отмечает КОК. Проверить истинное имя нашего информатора мы пока не смогли, как и подлинность приведенной им информации.