超光速中微子得到解釋?

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本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


去年OPERA粒子物理實驗觀測到的超光速中微子可能剛剛得到解釋。原因是一根鬆動的電纜。我希望我是在開玩笑。

稍微回顧一下,位於義大利格蘭薩索山下同名實驗室的OPERA合作組織去年九月在預印本伺服器arxiv.org上發表了一篇論文,稱他們觀測到中微子,一種亞原子粒子,以超過光速的速度傳播。他們記錄了從中微子,這些中微子從日內瓦CERN出發,穿過地球到達義大利格蘭薩索,比它們以光速傳播到達實驗室的時間提前了60納秒。

自那時以來,世界各地的科學家一直在集體撓頭,並發表論文,這些論文傾向於分為兩類:一類是指出實驗存在錯誤(例如兩個實驗室的時鐘沒有正確同步),另一類是建議在當前的粒子相互作用理論中新增一些內容,以解釋這種奇怪的結果(例如,中微子可能跳過的新維度,以縮短它們的旅程——這樣它們實際上在任何時候都沒有以超過光速的速度傳播)。


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但我不認為有人會預料到事情會如此簡單。

今天,《科學》雜誌報道稱,連線GPS接收器和計算機中電子卡的光纖電纜鬆動了。他們繼續說

在擰緊連線並測量資料傳輸光纖長度所需的時間後,研究人員發現數據到達時間比預期的提前了60納秒

這個訊息(雖然尚未證實)給另一個最近的解釋蒙上了一層陰影,那個解釋涉及一些稍微不那麼荒謬的事情。

在《天文與天體物理學》雜誌上發表的一篇論文中,義大利帕多瓦天文臺的Claudio Germana認為,實驗兩端的時鐘同步存在問題。他的計算表明,如果實驗在一年中的不同時間進行,中微子實際上會晚到50納秒

晚於光速到達。

我與倫敦帝國學院的物理學家Carlo Contaldi談過,他去年在arxiv.org上發表了一篇論文,指出了時鐘同步可能存在的問題,關於這篇新論文。雖然他認為這些計算以及計算似乎顯示出的巨大影響“有趣”,但他仍有一些保留意見

[Germana] 似乎沒有提及OPERA在2012年11月進行的最新測量。這些測量顯示,中微子的飛行時間值與之前的結果一致,看看這個時間框架如何與這些修正相符將很有趣。

不過,這是一個有趣的假設——而且可以透過在一年中的不同時間執行實驗來輕鬆驗證。

這篇論文只是為了解釋超光速中微子而進行的眾多嘗試中的最新一篇。要了解過去幾個月提出的更多解釋,請檢視我製作的時間線,其中跟蹤了從一開始到現在的故事。

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當然,如果關於電纜鬆動的新報告是真的,那麼所有這些論文可能都毫無意義。如果事實證明是這樣,那將有點令人失望。我現在要保留判斷,至少要等到“熟悉實驗的訊息來源”變得更具體一些。

隨著故事的展開,我將更新上面的時間線。

更新:《自然》新聞部落格現在釋出了OPERA的官方宣告,宣告稱他們“已發現兩個可能顯著影響報告結果的問題”——您可以在那裡閱讀完整宣告。

更新 2月23日:OPERA實驗釋出了官方宣告。以下是完整內容

OPERA合作組織已告知其資助機構和主辦實驗室,它已發現兩個可能對其中微子定時測量產生影響的潛在因素。這兩者都需要使用短脈衝束進行進一步測試。如果得到證實,其中一個因素會增加測量效果的大小,另一個因素會減小測量效果的大小。第一個潛在因素涉及用於為GPS同步提供時間戳的振盪器。它可能導致高估了中微子的飛行時間。第二個因素涉及將外部GPS訊號帶到OPERA主時鐘的光纖聯結器,該聯結器在進行測量時可能沒有正常工作。如果是這種情況,則可能導致低估了中微子的飛行時間。OPERA合作組織正在研究這兩個因素的潛在程度。計劃在五月份使用短脈衝束進行新的測量。

因此,存在一根(可能)有故障的電纜,這可能導致低估了中微子到達格蘭薩索所需的時間,從而導致高估了它們的速度。但還存在另一個故障,可能導致低估了速度。看來我們必須等待五月份的新測量結果,才能瞭解這些故障分別在多大程度上導致了中微子的提前到達,以及它們是否可以累加到60納秒以完全解釋該結果。

Kelly Oakes has a master's degree in science communication and a degree in physics, both from Imperial College London. She started this blog so she could share some amazing stories about space, astrophysics, particle physics and more with other people, and partly so she could explore those stories herself.

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