Oppdatering: Nøytrinoresultat i trøbbel

Cherenkov-stråling. Nyttig for partikkelfysikere, det som får kjernereaktorer (bildet) til å lyse. Nå også trøbbel for nøytrinoer med overlyshastighet?

Kan nøytrinoer fly fortere enn lyset?

Nei, sier moderne fysikk. Ja, sier et resultat fra eksperimentet OPERA i Italia. Nå møter resultatene sterk og saklig motbør – både fra teoretikere og fra sitt eget søster-eksperiment som har nye data å komme med.

Saken er…

Saken i kort-form, for de som ikke har fått den med seg: Eksperimentet OPERA står i en gruve i Gran Sasso i Italia, og tar imot energirike nøytrinoer sendt fra laboratoriet CERN i Sveits. Nøytrinoene flyr 730 km gjennom jordskorpen for å komme frem – og de gjør det noen brøkdels sekund for tidlig. Dette resultatet bryter så grundig med etablert fysikk at det har satt både forskningsverdenen og massemedia i kok, og for en tid gjort moderne fysikkforskning til en publikumssport.

Et saklig motargument…

Nylig publiserte to mildt sagt anerkjente fysikerene, Andrew Cohen og Sheldon Glashow, en artikkel der de kommer med et veldig fornuftig motargument mot resultatene til OPERA.

Når noe flyr fortere enn lyset i et medium, minner de oss om, skjer omtrent det samme som når et fly flyr fortere enn lyden. Du får en slags sjokkbølge – eller du «bryter lydmuren». For lys kalles fenomenet Cherenkov-stråling, og kommer for eksempel når en partikkel flyr fortere enn lyset gjennom glass. De «bryter lysmuren», altså. (Forvirret? Fysikk sier at ingenting kan fly fortere enn lyset i vakuum, men når lys går gjennom glass, luft, vann eller noe annet gjennomsiktig så går det saktere. Da kan partikler i prinsippet fly fortere enn lyset.) Cherenkov-stråling brukes aktivt innen partikkelfysikk for å måle hvor det flyr raske partikler, hva slags partikkel det var, o.s.v.

Vel, sier Cohen og Glashow, det samme må skje hvis nøytrinoer flyr fortere enn lyset i vakuum. Da blir det mulig for naturen å skape en tilsvarende sjokkbølge av partikler – elektroner eller myoner, som er høyst vanlige partikler som vi er vant til å jobbe med. Men å lage slike partikler koster energi, så på veien fra CERN til Gran Sasso må nøytrinoene nødvendigvis miste energi. De burde ikke være hel ved når de kom frem til Italia, med andre ord.

Nye målinger!

Cohen og Glashow publiserte en lur ide, men det i seg selv er ikke nok. Hva sier resultatene?

OPERA har et søster-eksperiment ved navn ICARUS, som står i samme gruve og også tar imot nøytrinoer fra CERN. ICARUS er god til å måle energien til nøytrinoer, og kan dermed sjekke det Cohen og Glashow snakker om. Har nøytrinoene mistet energi på veien?

Svaret, som ICAURS la ut i denne artikkelen 17. oktober, er nei. Nøytrinoene ser ut til å ha samme energi når de kommer frem som når de dro. Mer nøyaktig: De har mer energi enn det Cohen og Glashow sier at de maksimalt bør kunne ha. Dette resultatet er veldig nytt og enda ikke fagfellevurdert, men likevel veldig viktig.

ICARUS har altså ikke kunnet komme med noen ny måling av nøytrinoenes hastighet direkte. De har derimot målt en annen egenskap, og sjekket en forutsigelse som følger av det første resultatet.

Dette er vitenskap i et nøtteskall: Noen hevder at A er målt. OK sier andre, men hvis A skal gjelde så betyr dette B. Så sjekker vi om B gjelder og finner at det ikke er sånn. Dermed er A om ikke motbevist så ihvertfall svekket.

Så hva skal vi tro?

Er dette spikeren i kista for nøytrinoer med overlysfart?

Nei da. Resultatet står enda, og en virkelig test får vi ikke før noen har klart å gjenta den samme målingen. Det er fortsatt noen måneder – eller i verste fall et par år – unna. Artikkelen til Cohen og Glashow bygger, som de fleste motargumentene, på vår normale forståelse av moderne fysikk. Dersom denne virkelig er grunnleggende brutt så kan det jo være flere ting enn lyshastigheten som må revurderes.

Men listen med motargumenter vokser stadig, og heller i retning av det de fleste fysikere har sagt helt siden resultatet kom. Det ville vært fantastisk hvis dette var sant, men det går imot såpass mye som vi allerede vet og har målt at vi tillater oss å være skeptiske. Svært skeptiske. Men altså: på ingen måte negative. Slik er det enda – vi følger alle med i stor spenning.

7 comments

  1. Simen Kvaal · oktober 23, 2011

    Dette er veldig spennende!

    Her er forresten en meget godt skrevet populævitenskapelig artikkel om et forholdsvis nytt eksperiment som undersøkte påstanden om at _lyset_ lan gå fortere enn lyset, dvs om c er en absolutte øvre grensen.

    http://skullsinthestars.com/2011/10/09/faster-than-a-speeding-photon-precursors-test-whether-light-can-be-faster-than-light/

    • Bjørn H. Samset · oktober 23, 2011

      Hei Simen,

      takk – hadde ikke sett hverken den saken eller den bloggen. Strålende skrevet.

      Anbefaler alle som vil ha en litt mer teknisk (men fortsatt populærvitenskapelig) artikkel å tygge på å ta en klikk på linken til Simen. Handler om noe litt annet, men nært nok i adresse til at de av oss som synes raske nøytrinoer er gøy kan få litt mer inspirasjon er. Moderne fysikk er i det hele tatt et artig sted 🙂

  2. express3d · oktober 23, 2011

    Kan det være så enkelt som at det ligger en regnefeil i klokkesynkroniseringen? http://arxiv.org/abs/1110.2685

    • Bjørn H. Samset · oktober 23, 2011

      Hei,

      det kunne det absolutt vært, og synkroniseringen var noe av det første man gikk etter i sømmene for å sjekke. Det er fryktelig vanskelig å få dette rett, som det påpekes i preprint’en du nevner.

      Jeg har visst ikke lenken lenger, men jeg har sett en lengre utlegning fra OPERA selv hvor de tilbakeviser akkurat dette motargumentet. Har ikke hørt mer etterpå, så enten ble saken lagt død eller så diskuteres den fortsatt. Tipper det siste egentlig, og at det diskuteres grundigere i den endelige versjonen av OPERA-artikkelen (eller en oppfølger) når den kommer på trykk.

  3. Sigurd Næss · oktober 23, 2011

    ICARUS-resultatet sier egentlig ikke noe nytt her – OPERAs egne målinger viser også at nøytrinoene ikke har tapt energi på veien. Bloggen «of particular significance» har fulgt denne saken, og har flere interessante artikler om dette. Her er et par av dem som er relevante her: http://profmattstrassler.com/2011/10/06/is-the-opera-speedy-neutrino-experiment-self-contradictory/#more-1257
    http://profmattstrassler.com/2011/10/19/icarus-weighs-in-but-we-knew-this

    • Bjørn H. Samset · oktober 23, 2011

      Hei Sigurd,

      takk for linker.

      Enig i at OPERA også viser dette – det er jo det Glashow og Cohen egentlig påpeker når de sier at de ikke tror på målingene (som de påpeker allerede i abstractet). Men noe nytt er det likevel, for disse målingene kommer fra et uavhengig eksperiment som ser på samme stråle av nøytrinoer. Jo mer data jo bedre. Skulle bare ønske at ICARUS hadde tidsoppløsning god nok til å gjenta tidsmålingen, noe de såvidt jeg forstår ikke har.

  4. Tilbaketråkk: Saltklypa #31 – Om dokumenterbare påstander og guruer | Saltklypa

Legg igjen en kommentar

Fyll inn i feltene under, eller klikk på et ikon for å logge inn:

WordPress.com-logo

Du kommenterer med bruk av din WordPress.com konto. Logg ut / Endre )

Twitter picture

Du kommenterer med bruk av din Twitter konto. Logg ut / Endre )

Facebookbilde

Du kommenterer med bruk av din Facebook konto. Logg ut / Endre )

Google+ photo

Du kommenterer med bruk av din Google+ konto. Logg ut / Endre )

Kobler til %s