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超光速粒子面临诸多质疑:验证实验即将开始

放大字体  缩小字体 发布日期:2011-09-30   来源:新浪科技微博
http://www.sina.com.cn2011年09月29日09:50新浪科技微博   本周全世界陷入一片争论,原因是一组科学家宣称他们探测到从CERN设备
http://www.sina.com.cn  2011年09月29日 09:50  新浪科技微博
本周全世界陷入一片争论,原因是一组科学家宣称他们探测到从CERN设备发出的中微子束的运行速度似乎超越了光速   本周全世界陷入一片争论,原因是一组科学家宣称他们探测到从CERN设备发出的中微子束的运行速度似乎超越了光速
这是里昂法国国家物理研究所达里奥•奥替洛在周五举办的发布会上向满腹狐疑的同行们解释此次中微子实验的结果   这是里昂法国国家物理研究所达里奥•奥替洛在周五举办的发布会上向满腹狐疑的同行们解释此次中微子实验的结果

  导读:上周五,欧洲科学家宣称发现一种运动速度比光速还快的亚原子微粒。而根据爱因斯坦在1905年提出的狭义相对论,光速是自然界的速度极限,是不可超越的。一时间欧洲科学家的这一发现引发了广泛关注。美国《纽约时报》近日刊文称,尽管有诺贝尔奖获得者丁肇中教授的赞誉,称这一小组的工作是“非常认真的”。但是欧洲CERN项目组下一大群顶尖物理学家们却似乎并不买账。而美国费米国家实验室也将进行验证实验。以下为文章全文:

  曾几何时,全世界唯一能传播比光还快的是小道消息。现在,感谢国际互联网,消息更是能在瞬间传递至全球的每一个角落。就在上周五,全世界都看到了位于里昂的法国国家物理研究所达里奥·奥替洛(Dario Autiero)当着一屋子满脸狐疑的物理学家们侃侃而谈他们有关发现一种名为中微子的亚原子粒子具有超越光速的运动速度的实验结果。在他们最近进行的一项实验中,他们发现中微子的运动速度似乎超过了光速,而根据爱因斯坦在1905年提出的狭义相对论,光速是自然界的速度极限,是不可超越的。

  不可思议的发现

  根据奥替洛博士研究小组的说法,他们检测到从欧洲核子中心(CERN)发出的中微子束在穿越454英里(约合730公里)的距离抵达位于意大利格兰·萨索(Gran Sasso)的接收装置,在这一过程中,中微子束所花费的时间比光速飞行情况下似乎还快了60纳秒。这就意味着这些中微子的运行速度比光还快了100万分之25。奥替洛博士告诉这些满肚怀疑的物理学家们:“我们无法用系统误差来解释这一现象,因此这一实验结果所反映的是一次超越光速的案例。”

  他说他和他的小组已经花费6个月试图排除这一看似不可能的结果,但是却毫无办法。而当谈及这项实验结果将会对物理学带来的危机时,他说现在还不能对这一结果做出任何理论上的解读。他说:“我们今天仅仅是向各位通报这样一次异常现象的发现。”

  初看起来这一超光速的数值非常微小,但是即便是对光速最微小的超越也是爱因斯坦所描述的世界中所不允许存在的。超光速运行同时还打开了时光旅行的大门,而这是大多数物理学家都认为不可能发生的事。

  相对论在过去一个世纪中已经接受反复的验证都被证明是正确的。而正如已故康奈尔大学天文学家卡尔·萨根教授所说:不同凡响的发现需要不同凡响的证明。CERN理论物理学家埃尔瓦多·卢珠拉(Alvaro de Rujula)说:“这将是一个重大的事件,因此正确的态度应该是去查找是否有可能使什么地方出错了?”

  质疑声不断

  尽管有诺贝尔奖获得者丁肇中教授的赞誉,称这一小组的工作是“非常认真的”。但是CERN项目组下一大群顶尖物理学家们却似乎并不买账。他们仔细审查着这一结果,询问一些细节性的问题,比如研究小组究竟是如何得到他们宣称的精度优于20厘米的距离数值的?使用GPS数据测量得到的话有没有考虑优于月球引潮力引发的地壳隆起效应呢?

  其实反观近现代物理学的发现,不断有科学家在实验或观测中注意到一些似乎很反常的数据或新的行星信号,而这样的事件一旦被证实,每一次都可以改变我们对于世界的看法,或者更多的,这些反常信号随着更多实验数据的获得而被证实只是误报。现在大多数物理学家认为这一事件和之前发生过的诸多类似事件非常相似。而现在对于这一事件比较流行的态度可以用一部卡通片很好的进行比喻,在这部卡通片中,主人公喜欢针对新的科学发现打赌,并且每次都押这些新发现其实是错误的,这样做的结果是他最后成了富翁。

  对于人类而言,中微子依旧是一个谜。它们几乎是神秘莫测的量子亚原子世界中最诡异的成员。它们几乎不和常规物质发生反应,对于它们而言几乎一切都是“透明”的,它们可以任意穿过墙壁,甚至任意穿过行星或者太阳,就像微风穿过百叶窗。甚至它们还会变形。在飞行过程中它们可以转变形态,这让它看上去出发时是一种粒子,等过了一段时间之后又变成了另一种粒子。这种现象称为中微子的“震荡”,而这正是奥替洛博士和他的小组进行这一实验的目的。

  无心之作

  他们的实验设备名字很拗口,叫做“中微子乳化剂震荡追踪设备”,简称“OPERA”,这是用于长基线中微子振动搜索的大块铅和感光乳剂接收器。该项目集中了来自11个国家的160位物理学家,其主要成员来自日本和意大利。这一设备位于格兰·萨索实验室,这是一个地下物理学实验中心,可以进行那些需要对宇宙射线进行屏蔽的实验。

  整个实验工作的第一步始于位于法国-瑞士边境的CERN内部一个充满氢气的大罐子。最后氢原子们被剥夺了电子,成为一个“裸原子核”,其实就是一颗质子。随后这些质子被一系列加速器进行接力加速,最后进入大型强子对撞机(LHC)设备内部运行,形象的说,这是所有加速器之母。

  在实验中,一些质子被以10微秒的脉冲形式射向一个石墨靶标并产生一束介子脉冲。这些介子很快衰变成为中微子,并穿越地层抵达格兰·萨索的探测器。在这里,大块铅和感光乳剂接收器可以感知中微子的抵达。

  根据现有理论,在从CERN飞抵OPERA设备的数毫秒间,其中一部分中微子将发生震荡变形,从μ中微子变为τ中微子。而OPERA设备的目标正是对这种变形进行研究:在过去的3年间,这里的研究人员们一共报告记录到1.6万个中微子,但其中仅检测出一例τ中微子。

  OPERA项目合作主席,瑞士伯尔尼大学的安东尼奥·艾瑞迪塔托(Antonio Ereditato)解释说,测量中微子的速度仅仅是这一研究项目的“副产业”。他说:“而现在看来,它一下子成了主产业了。要知道我们的初衷只是想看看有没有τ中微子而已。”说到这里时现场的听众中发出一阵善意的哄笑。

  验证即将开始

  在过去,物理学家们通过书信邮寄各自的论文给同行评阅审核,这样对于某一新发现的质疑和检查是“安安静静”的发生的,但是互联网的出现改变了这一切。上周四晚上,当OPERA小组将他们的论文挂到互联网上之后,全世界一下子陷入喧闹声中,无数的谣言和博客文章涌现出来。而其中更有一篇博客文章毫不留情的直接称之为“世纪谎言。”

  而一些物理学家,不管是CERN组织内部还是外部的都有,他们认为实验室对于这一不成熟的结果投入了过多的关注,而这个小组甚至都不属于CERN项目组的一部分。尼玛·阿卡尼-哈马德(Nima Arkani-Hamed)便是其中一位。他是一位普林斯顿高等学术研究所的粒子物理学家,他在一份电子邮件中指出:“实在没有必要专门开什么新闻发布会,甚至没有必要发什么论文。这些事情应当在他们进行更多的工作,获取更多可靠数据之后再进行。他们现在声称是希望学界同行帮助他们检验这一结果,那好吧,如果真是那样,他们只要和其它物理学家在谈话时提一下便可以做到。”

  拉尔夫-德特·豪恩(Rolf-Dieter Heuer)是CERN项目常务主席,他在一份电子邮件中写道:“我批准在CERN举办那次研讨会,因为这是像CERN这样的实验室的责任,让我们的合作方有机会向整个科学界求助,帮助验证他们的实验结果。”

  而这样的验证现在马上就要开始进行了。在2007年时,另一名为“米诺斯”(Minos)的项目,即美国费米国家实验室的“主注入器中微子振荡搜寻”也曾经进行过对中微子速度的测量工作。伦敦大学学院的詹尼·托马斯(Jenny Thomas)表示,在未来4~6个月内,米诺斯设备将再次进行更加精确的验证性测试。

  对于OPERA小组的工作,托马斯教授评价说:“他们已经尽力了,当我们进行重复验证性实验时,重担现在已经压到了我们的肩上。”(晨风)

 
 
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