Коллайдер. Быстрее скорости света. О несостоявшейся революции в физике (Long read!)

Как сообщали СМИ, эксперимент физиков CERN в конце сентября 2011 года едва не пошатнул устои современной науки вместе с теорией относительности Альберта Эйнштейна.
«Эксперимент ядерщиков напугал весь мир», — сообщал канал НТВ.
(http://www.ntv.ru/novosti/240131/)
«Эксперимент CERN грозит переписать картину мира», — вторило НТВ-шникам агентство РИА Новости.
http://ria.ru/analytics/20110923/442504646.html
«Европейские ученые могут пересмотреть теория Эйнштейна», — стращал своих читателей «Интерфакс» (http://www.interfax.ru/russia/209185)

Что же такое произошло на большом адронном коллайдере?

Ученые запустили пучок нейтрино (нейтральная фундаментальная частица, чья масса практически равна нулю) из швейцарской лаборатории CERN в научный центр Гран Сассо в Италии. Расстояние между двумя точками составило в общей сложности 730 километров. И все бы ничего, но частицы прибыли в пункт назначения на 60 наносекунд раньше, чем планировалось. Иначе говоря, пучок нейтрино превысил скорость света примерно на 8000 км/сек. А, поскольку, исходя из представлений современной физики (о чем говорил в свое время еще Эйнштейн) о том, что ничто не может двигаться быстрее скорости света (300000 км/сек), новость из Швейцарии не на шутку взбудоражила весь научный мир и не только. (см. http://www.newsru.com/world/23sep2011/speedexceed.html).

Дабы полностью исключить вероятность ошибки, как и подобает ученым, физики из CERN решили эксперимент перепроверить. Однако когда завершилась пятнадцатитысячная по счету проверка, в головы исследователей пришла крамольная мысль о возможно скором пересмотре всей фундаментальной физики. Антонио Эредитато из университета Берна тогда сказал: «Мы не обнаружили никакого эффекта, который мог бы объяснить результаты наших измерений». (http://www.vokrugsveta.ru/news/13136/).

Первым делом физики уточнили расстояние, которое преодолели частицы, все заново пересчитали и… Снова те самые 60 наносекунд! Сомнений быть не могло. Тем не менее, ради подстраховки швейцарские ученые обратились за помощью к своим коллегам-физикам из США и Японии. Пресс-секретарь CERN Джеймс Гиллис сказал: «Большинство людей считают, что это невозможно. Они призывают научное сообщество к проверке полученных ими (учеными — А.К.) результатов, а в идеальном случае — к повторению проделанных ими экспериментов».

Сотрудники конкурирующей с CERN Национальной лаборатории имени Энрико Ферми одними из первых согласились перепроверить наблюдения швейцарцев. «Мы будем поражены, если результаты подтвердятся, потому что мы любим открытия, расшатывающие фундамент. Это то, ради чего мы живем», — заявил Брайан Грин, физик из Колумбийского университета. (http://www.interfax.ru/russia/209185)

Однако мировое сообщество отреагировало на новость, пришедшую из Швейцарии, в основном с изрядной долей скептицизма (http://science.compulenta.ru/636706/).
Серьезные ученые терпеливо ожидали результатов перепроверки, зато СМИ моментально ухватились за идею преодоления скорости света, домечтавшись в конечном итоге до создания машины времени.

Другие физики осмеливались выдвигать кое-какие идеи по поводу расчетов исследователей из CERN. «Эти результаты — следствие систематической ошибки в измерениях. Я бы не стал клясться женой и детьми — им это не понравится, но могу поклясться собственным домом», — поделился своими мыслями Чен Кен Джун из университета Стоуни-Брук. (http://lenta.ru/articles/2011/09/23/cern/).

Важность темы подтверждается и интересом к исследованию физиков интернет-пользователей, которые буквально с первых дней стали активно обсуждать новость о сенсационном открытии: одни пытались спорить и опровергать физиков, другие же, наоборот, с любопытством ожидали продолжения истории с шустрыми нейтрино.

Как гром среди ясного неба прогремела в октябре новость из Голландии. Физик из университета Гронингена Рональд ван Элбург сообщил, что нашел довольно прозаическое решение проблемы, с которой столкнулись женевские ученые месяцем ранее. По мнению ван Элбурга, нейтрино не превышали скорость света, а ошибка физиков заключалась в использовании системы GPS для измерения времени http://ria.ru/science/20110923/442284573.html.

Как оказалось, орбитальные часы ввели ученых в заблуждение. «С точки зрения часов, приемник движется в направлении источника, следовательно, пройденное частицами расстояние, наблюдаемое часами, короче (чем расстояние, измеренное в наземной системе отсчета — А.К.)», — писал ван Элбург. (http://habrahabr.ru/post/130669/).

Иными словами, сбитые с толку необычным результатом эксперимента физики из CERN просто забыли, что движением двух систем отсчета (наземной и орбитальной) относительно друг друга пренебрегать не следует.

Более того, голландец подсчитал (http://arxiv.org/find/physics/1/au:+Elburg_R/0/1/0/al..)
, что эффект приравнивания орбитальных часов к наземным (что, в сущности, и сделали щвейцарцы, проверяя 15000 раз полученные с помощью ошибочных подсчетов данные) как раз и вызовет погрешность в расчетах — около 32 наносекунд. А, поскольку ошибка происходит дважды (в начальной и конечной точках опыта), то погрешность необходимо умножить на 2.

Таким образом, ван Элбург и получил те самые 64 наносекунды, едва не изменившие мир…

Группа исследователей, обнаружившая в сентябре, что нейтрино может превышать скорость света, провела повторный, улучшенный эксперимент (http://www.vokrugsveta.ru/news/13625/)
, который подтвердил полученные ранее результаты. В ходе эксперимента ученые направляли пучок нейтрино из Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН), расположенной на границе Швейцарии и Франции в лабораторию Gran Sasso, расположенную в Италии. Расстояние между ними составляет 730 км. В ходе оригинального эксперимента, который продолжался три года, было послано 15 тыс. пучков нейтрино. Было установлено, что нейтрино преодолевает расстояние между лабораториями на шестьдесят миллионных быстрее, чем это расстояние преодолевает свет. В ходе повторных экспериментов опыт был повторен еще 20 раз, но результат остался прежним.

Однако согласно новому докладу (http://www.vokrugsveta.ru/news/13645/), субатомные частицы, называемые нейтрино, не могут двигаться быстрее скорости света. Команда ученых из лаборатории Gran Sasso в Италии заявила, что пучки частиц, отправленные из расположенной в 730 км от лаборатории Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN), движутся быстрее скорости света. Сейчас уже другая команда из той же лаборатории говорит о полученных данных, которые, по ее словам, ставят под сомнение ранее полученные результаты. Команда Icarus утверждает, что поскольку нейтрино, отправленные с CERN, не теряют энергию на своем пути, они не должны двигаться быстрее скорости света.

Критики первого эксперимента утверждали, что в нем были недостатки. Спустя 5 недель после эксперимента профессор Шелдон Глэшоу опубликовал первые официальные возражения против эксперимента. Профессор Глэшоу и его соавтор Эндрю Коэн утверждали, что частицы, движущиеся быстрее скорости света, должны излучать новые частицы во время своего движения — в процессе потери энергии, пока их скорость не станет ниже скорости света.

Команда Icarus уже измерила распространение энергии в нейтрино, выявленные в Gran Sasso. В результатах, опубликованных в репозитории ArXiv, говорится, что изученные нейтрино двигаются со скоростью меньшей, чем скорость света.

Источник (автор статьи): блогер Алексей Козлов https://plus.google.com/+АлексейКозлов86

Зачем я пишу этот длинный пост в своём блоге?

Пятнадцать лет назад мы были свидетелями того, как не произошла так называемая «коллайдерная революция». Однако за это время наука продвинулась далеко вперёд. Появились такие достижения, как искусственный интеллект, квантовые компьютеры, а учёные смогли объяснить множество ранее неизвестных явлений. Сейчас мы находимся на пороге новых открытий, и уже решается вопрос о том, сможет ли человечество отправиться в дальний космос.