Megerősítették: a fénynél gyorsabbak a neutrínók
Mint arról szeptemberben beszámoltak a fizikusok a világsajtóban a neutrínó nevű részecskék átlépték a fénysebességet, annak húszmilliomod részével. A bejelentés azonnal nagy szakmai vitákat váltott ki: ha ugyanis sikerül igazolni az eredményt, akkor megdől a fizika egyik alaptörvénye és Einstein speciális relativitáselmélete.
Röviddel a bejelentés után meg is támadták az eredményt: eszerint ha a jelenség valóban fellépett volna, akkor annak nyomait látni kellene a neutrínók energiavesztésében, erre utaló nyomok azonban nincsenek.
A legújabb hírek szerint megismételték a méréseket, de sokkal pontosabban, és az eredmény nem változott: a neutrínók 60 nanoszekundummal (a másodperc 60 milliárdod részével) gyorsabban érkeztek, mint amit a fénysebesség megengedett volna.
A meglepő eredmény az OPERA nevű kísérlettől származik. Ennek keretében 730 kilométer hosszan neutrínók száguldanak a CERN-ből a Rómától délre fekvő Gran Sasso föld alatti laboratóriuma felé a földkéregben. A neutrínónyaláb vizsgálata során mérték a fénysebességnél nagyobb értéket, 16 ezer neutrínó esetében. A mérések szerint a neutrínók 60 nanoszekundummal (a másodperc 60 milliárdod részével) gyorsabban érkeztek, mint amit a fénysebesség megengedett volna. "Ez sokkolt bennünket" - mondta Antonio Ereditato, a Berni Egyetem fizikusa, az OPERA-kísérlet szóvivője.
A neutrínókat "szellemrészecskéknek" is nevezik, mert a Föld olyan átlátszó számukra, mint a fénynek az üveg. Saját testünkön is több milliárd neutrínó halad át minden másodpercben. A neutrínók közel zérus tömegű, semleges részecskék, amelyeket igen nehéz észlelni. Három fajtájuk ismeretes, elektron-, müon és tau-neutrínó. A Napban és az atomreaktorokban kizárólag elektron-neutrínók keletkeznek, a légkört bombázó kozmikus sugarak müon- és elektron-neutrínókat keltenek.
A vákuumbeli fénysebesség az egyik alapvető fizikai állandó, értéke 299 792 458 m/s (méter per másodperc). Jelenlegi ismereteink szerint semmilyen hatás nem terjedhet gyorsabban a vákuumbeli fénysebességnél. Ez az alapja Albert Einstein speciális relativitáselméletének, amely viszont a modern fizika egyik alapköve. Ha a neutrínók valóban gyorsabbak lehetnek a fénynél, akkor megdől az, hogy a fizika törvényei minden megfigyelő számára azonosak.
Horváth Dezső (KFKI RMKI, Budapest és ATOMKI, Debrecen) fizikus elmondta: a kísérletező csoport 2011. szept. 23-án közölt publikációjában (http://arxiv.org/pdf/1109.4897v1) részletesen leírja, hogyan határozták meg az észlelt neutrínók átlagos sebességét: a neutrínónyaláb repülési idejét 10 nanosec (10-8 másodperc), a berepült 730 km-es távolságot pedig 20 cm pontossággal mérték, és 16 000 müon-neutrínót figyeltek meg. A kísérlet eredménye szerint a neutrínók 60 ns-mal (1 ns = 10-9 s) korábban érkeztek, mint ami a fénysebességből következett volna; ez a teljes (statisztikus és szisztematikus) becsült időbizonytalanság hatszorosa, tehát igencsak jelentősnek számít.
A korábbi hasonló mérések nem rendelkeztek ekkora pontossággal, bár 2007-ben az OPERA-hoz igen hasonló amerikai MINOS kísérlet is észlelt a fénysebességnél gyorsabb neutrínókat, ezt publikálták is, de azt a különbséget a nagyobb bizonytalanság miatt nem ítélték statisztikusan jelentősnek. A MINOS együttműködés készül a mérés megismétlésére, és néhány éven belül megerősítik vagy megcáfolják az OPERA eredményét.
Az eredmény drasztikusan ellentmond a jelenlegi fizikai világképnek, és kétkedésre ösztönzi a fizikus közösséget. "Az ellenérvek között szerepel, hogy a rendkívüli, a neutrínósnál sokkal nagyobb pontossággal végzett más mérésekkel soha nem sikerült a fénysebességnél gyorsabb haladást észlelni. Még súlyosabb ellenérv, hogy a felrobbant csillagokból, a szupernovákból eredő neutrínók pontosan a fényfelvillanás idejében érkeznek, amint azt az 1987A szupernova mutatta, pedig ha igaz az OPERA észlelése, a csillagászati távolságból már évekkel korábban észlelnünk kellene az óriási neutrínóáramokat" - mondja Horváth.
Horváth szerint ugyanakkor vannak jelentős különbségek: a szupernovákból inkább csak viszonylag alacsony energiájú elektron-neutrínók érkeznek, amíg az OPERA nagyobb energiájú müon-neutrínókkal dolgozott. Mindenesetre, ha igaznak bizonyul a felfedezés, az alapjaiban fogja fizikánkat megváltoztatni.
Az OPERA kísérletben 200 fizikus dolgozik 13 ország 36 intézményéből. A kísérlet keretében a CERN, az európai országok egyesített részecskefizikai laboratóriumának, a világ egyik legnagyobb kutatóintézetének Genf melletti nagyenergiájú gyorsítója lökésszerűen protonimpulzusokat küld egy anyagtömbbe, ahol müon-neutrínók keletkeznek és jól meghatározott neutrínócsomagokban a földkérgen keresztül a Rómától délre, az egy kilométer mélyen a Föld alatt található Gran Sasso laboratórium OPERA észlelőrendszere felé repülnek.
