Движется ли нейтрино быстрее света?

Давайте, разберёмся, какой переворот в науке будет, если действительно окажется, что это так. Во – первых несколько слов о нейтрино. Данная частица уже доставляла материал для сенсаций и по чище сегодняшней. Дело в том, что нейтрон, нейтральная частица , являющееся составной частью большинства атомов в свободном состоянии порождает протоны и электроны. Как известно из квантовой механике, если бы при распаде нейтронов возникали только эти частицы, то спектр энергий у электронов был бы дискретным. То есть электрон мог бы иметь энергию движения в 1 «попугайчик»(ввёден такую единицу измерений для наглядности, как это делалось в известном мультфильме) или 2 «попугайчика», но никак не полтора «попугайчика». А на самом деле , получалось в том числе и полтора! В результате основных предположений, почему так было два – либо не выполняется закон сохранения энергии(такое предположение наверняка бы понравилось современным журналистам), либо есть какая-то новая частица, которая уносит с собой энергию(на эту точку зрения встали учёные).

Однако частицу долго не могли обнаружить. Неудивительно, что когда всё-таки она была зафиксирована, то обнаружилось , что она обладала странными свойствами. Кроме малой массы покоя, длинна её свободного пробега составляла 100 световых лет(!) . Это не в космосе, а в воде. Иными словами нейтрино может свободно проходить не только через предметы, но и Землю, Солнце и т.д. Лишь самое малое их количество может случайно дать себя обнаружить. Этот факт очень важен, т.к. благодаря этому мы можем посылать нейтрино хоть через земной шар в противоположный конец в полной уверенности, что почти все нейтрино туда дойдут. Беда лишь, что не все нейтрино мы потом сможем обнаружить. Если мы пошлёт в соседнюю лабораторию только одну частицу, то скорее всего, она не будет зафиксирована при наблюдении.

Поэтому в эксперименте, о котором идёт речь, из одной лаборатории в другую на расстоянии 700 километров было послано множество частиц. При этом, получаются частицы путём всё того же распада других частиц того или иного рода. Их нельзя автоматически получить «по заказу» - распад это процесс вероятностный, поэтому мы может сказать, только среднее время распада «по больнице». Аналогично, мы можем сказать и о каком-то среднем времени прилёта. Если мы вычтем эти две величины , то эксперимент показал, что это время ниже того, за которое это же расстояние пролетел бы свет.

Однако это противоречит специальной теории относительности, которую сформулировал ещё в 1905 году А. Эйнштейн. У него, скорость света одинакова во всех инерциальных системах отсчёта. Из этого следует, в частности, замедление времени на движущимся объекте относительно покоящегося(в некоторой системе отсчёта). В самом деле, пусть у нас есть световые часы луч из которых идёт из точки А в точку B по оси y . Корабль движется по оси x . Видно, что в движущиеся системе отсчёта луч света преодолевает путь относительно короткий путь А B , а в покоящийся – более длинный потому, что за время t свет корабль переместился на расстояние Vt . Теперь предположем, что эта скорость V больше скорости света.

Что будет – ясно. Cвет не угонится за кораблём и будет от него отдалятся. Аналогично, если корабль будет приближаться к земле, то в их системе отсчёта они могут подать нам сигнал, а если в нашей – то нет, их корабль будет бежать быстрее сигнала. Можно конечно ввести отрицательных ход времени для одной из систем , но , как показывают расчёты, это скорее запутает положение, чем распутает. В общем, надеюсь, что убедил всех в том, что в СТО, результаты данного эксперимента никак не укладываются.

Но может плох сам эксперимент? Пусть, например, мы хотим измерить скорость больных в больнице, и все к тому же ходячие(до эксперимента). Объявляем больным задание – добежать до соседней больницы возможно быстрее. Так как больные выходят из больницы неравномерно (легкобольные выбегают быстро, а тяжелобольной может и за полчаса собираются), то возьмём среднее время из выхода из больницы. Когда они прибегут в соседнюю больницу – замеряем среднее время их прихода. При этом большинство до соседней больницы могут и не добраться – либо сваляться по дороге, либо побегут лечиться подальше от горе-экспериментаторов и т.д. Прибегут прежде всего лёгкие больные. Поэтому может так получиться, что скорость передвижения больных окажется сильно завышенной и даже превысить скорость света (допустим у нас два больных, один убежал в 1:00 , второй в 1:30, а прибежал только один и в 1:30). Конечно, не стоит думать, что учёные такие дураки и попадутся на откровенно неверном статистическом методе. Однако небольшие ошибки возможны.

Идём дальше. Вот экспериментаторы утверждают, что свет пришёл бы к цели раньше. Можно из –этого предположить, что они меряли, как быстро идёт свет между двумя лаботаториями. Но они не замеряли это! Свет не пройдёт через толщу земли, которая разделяет два здания отстоящие между собой на 700 км. То есть они замеряли время косвенно, предполагая, что скорость света постоянна поделив расстояние между лабораториями на скорость света. Но как они меряли расстояние? Линейкой? Ничего подобного, они меряли расстояние путём измерения GPS системой, опять таки построенной на предположении постоянства скорости света. Итак, дважды предполагая постоянство скорости света учёные доказали , что СТО, и, следовательно, возможно постулат о постоянстве скорости света неверен! Воистину повторяется история с критянином(которые по легенде всегда лгали), сказавшем – «я лгу».

Но, впрочем, пока-то мы считаем , что скорость света постоянна. А даже в этом случае ошибка GPS составляет 15 м. А они в работе своей сказали « The 20 cm uncertainty is dominated by the longunderground link between the outdoors GPS benchmarks and the benchmark at the OPERA detector ». Ну или , кратко переводя, что они достигли точности 20 см. И даже привели красивую диаграмму . « Monitoring of the PolaRx2e GPS antenna position at LNGS, showing the slow earth crust drift and the faultdisplacement due to the 2009 earthquake in the L’Aquila region. Units for the horizontal ( vertical ) axis are years ( meters ).» - то есть они обнаружили, что в результате землетрясения их датчик сместился на некоторую величину, что они померили. Вроде всё хорошо, производители DGPS систем тут и там рапортуют, что они достигли точности куда выше, чем 20 см. И это правда! Но что подразумевать под этими 20 см? Если объяснять по простому, что DGPS система – это два GPS приёмника. Один установлен «точно знаем где». Положение второго мы измеряем. Если считать, что ошибка GPS постоянна для обоих приёмниках(это не совсем, так, но в принципе там можно всё скорректировать, чтобы её сильно уменьшить). Тогда, мы ОТНОСИТЕЛЬНОЕ положение двух GPS приёмников можем определить с большой точностью. Но у нас то расстояние между лабораториями 700 км! То есть они определяют положение относительно двух разных станций GPS . А с какой точностью померено расстояние между этими станциями? То-то и оно! Итого на таком расстоянии всё таки скорее будет верна абсолютная погрешность в 15. А какой мы должны померить эффект? Это нетрудно подсчитать. Лаборатория отчиталась об эффекте в 60 нс. Умножаем это время на скорость света и получаем 18 м . расстояния – на уровне погрешности!

Поэтому, думаю, переписывать учебники физики пока рано – лучше поточнее все перемерить, и в разных лабораториях. Например в американской Fermilab . Там кстати собираются закрывать Tevatron, местный коллайдер. А тут он как раз и пригодиться. Это кстати ещё одна причина, откуда могли вылезти столь «сенсационные» результаты их коллег из Европы :)