Нейтринная аномалия быстрее света

редактировать

Рис. 1 Быстрее легких нейтрино. Что увидела ОПЕРА. Слева - протонный пучок ускорителя CERN SPS. Он проходит через трансформатор тока пучка (BCT), попадает в цель, создавая сначала пионы, а затем где-то в туннеле распада нейтрино. Красные линии - это луч нейтрино ЦЕРН на Гран-Сассо (CNGS), направленный в лабораторию LNGS, где находится детектор OPERA. Пучок протонов синхронизируется с BCT. Левая форма волны представляет собой измеренное распределение протонов, а правая - зарегистрированное нейтрино OPERA. Сдвиг - это время пробега нейтрино. Пройденное расстояние составляет примерно 731 км. Вверху расположены спутники GPS, которые показывают общие часы для обоих сайтов, что позволяет сравнивать время. Только GPS-приемник PolaRx находится над землей, а оптоволоконные кабели переносят время под землей. Рис. 1 Что увидела OPERA. Крайний левый - это пучок протонов от ускорителя CERN SPS. Он проходит через трансформатор тока пучка (BCT), попадает в цель, создавая сначала пионы, а затем где-то в туннеле распада нейтрино. Красные линии - это луч CERN Neutrinos to Gran Sasso (CNGS) в лабораторию LNGS, где находится детектор OPERA. Пучок протонов синхронизируется с BCT. Левая форма волны представляет собой измеренное распределение протонов, а правая - зарегистрированное нейтрино OPERA. Сдвиг - это время пробега нейтрино. Пройденное расстояние составляет примерно 731 км. Вверху находятся спутники GPS, обеспечивающие общие часы для обоих сайтов, что делает возможным сравнение времени. Только GPS-приемник PolaRx находится над землей, а оптоволоконные кабели переносят время под землю.

В 2011 году в эксперименте OPERA было ошибочно обнаружено, что нейтрино движутся быстрее, чем свет. Еще до того, как ошибка была обнаружена, результат считался аномальным, поскольку обычно считается, что скорости, превышающие скорость света в вакууме, нарушают специальную теорию относительности, краеугольный камень современного понимания физики на протяжении более века <. 160>

Ученые OPERA объявили о результатах эксперимента в сентябре 2011 года с заявленным намерением способствовать дальнейшим исследованиям и дебатам. Позже группа сообщила о двух недостатках в настройке своего оборудования, которые привели к ошибкам, выходящим далеко за пределы исходного доверительного интервала : оптоволоконный кабель неправильно подключен, что, по всей видимости, привело к превышению скорости световые измерения, а тактовый генератор тикает слишком быстро. Ошибки были впервые подтверждены OPERA после отчета ScienceInsider ; учет этих двух источников ошибок устранил результаты для скорости света быстрее света.

В марте 2012 года в совмещенном эксперименте ICARUS были получены скорости нейтрино, согласующиеся со скоростью света на том же коротком расстоянии. Импульсный луч OPERA измерил в ноябре 2011 года. ICARUS использовал систему синхронизации, частично отличную от OPERA, и измерил семь различных нейтрино. Кроме того, эксперименты Гран Сассо BOREXINO, ICARUS, LVD и OPERA измеряли скорость нейтрино с помощью короткоимпульсного пучка в мае и получили согласие со скоростью света.

8 июня 2012 г. директор по исследованиям ЦЕРН Серджио Бертолуччи заявил от имени четырех групп Гран-Сассо, включая OPERA, что скорость нейтрино соответствует скорости света. В пресс-релизе, сделанном на 25-й Международной конференции по нейтринной физике и астрофизике в Киото, говорится, что первоначальные результаты OPERA были неверными из-за отказов оборудования.

12 июля 2012 года OPERA обновила свой доклад, включив новые источники ошибок в их расчетах. Они обнаружили соответствие скорости нейтрино со скоростью света.

Ожидается, что скорости нейтрино, "согласующиеся" со скоростью света, учитывая ограниченную точность экспериментов на сегодняшний день. Нейтрино имеют небольшую, но ненулевую массу, поэтому специальная теория относительности предсказывает, что они должны распространяться со скоростью меньше скорости света. Тем не менее, известные процессы образования нейтрино передают энергию, намного превышающую масштаб массы нейтрино, и поэтому почти все нейтрино являются ультрарелятивистскими и распространяются со скоростью, очень близкой к скорости света.

Содержание
  • 1 Обнаружение
    • 1.1 Первые результаты
    • 1.2 Внутренняя репликация
    • 1.3 Ошибки измерения
    • 1.4 Конечные результаты
  • 2 Независимая репликация
  • 3 Измерение
    • 3.1 Обзор
    • 3.2 Измерение расстояния
    • 3.3 Измерение времени срабатывания
  • 4 Анализ
  • 5 Принятие в сообществе физиков
  • 6 Обсуждения в рамках сотрудничества OPERA
  • 7 См. Также
  • 8 Примечания
  • 9 Источники
  • 10 Внешние ссылки
Обнаружение

Эксперимент создал форму нейтрино, мюонных нейтрино, в старом ЦЕРНе Ускоритель SPS на франко-швейцарской границе и обнаружил их в лаборатории СПГС в Гран-Сассо, Италия. Исследователи OPERA использовали GPS с общим обзором, полученный из стандартного GPS, для измерения времени и координат места, в которых были созданы и обнаружены нейтрино. Согласно расчетам, среднее время пролета нейтрино оказалось меньше, чем то, что свету потребуется, чтобы пройти такое же расстояние в вакууме. За две недели до 6 ноября команда OPERA повторила измерение с другим способом генерации нейтрино, что помогло измерить время пробега каждого зарегистрированного нейтрино отдельно. Это устранило некоторые возможные ошибки, связанные с согласованием зарегистрированных нейтрино со временем их рождения. Сотрудничество OPERA заявило в своем первоначальном пресс-релизе, что для окончательного подтверждения или опровержения результатов необходимы дальнейшие исследования и независимые тесты.

Первые результаты

В ходе анализа данных в марте 2011 г. коллаборация OPERA сообщила о доказательствах того, что нейтрино, произведенные ими в ЦЕРНе в Женеве и зарегистрированные детектором OPERA в Гран-Сассо, Италия, летели быстрее света. Было подсчитано, что нейтрино прибыли примерно на 60,7 наносекунды (60,7 миллиардных долей секунды) раньше, чем свет, если бы прошел такое же расстояние в вакууме. После шести месяцев перекрестной проверки, 23 сентября 2011 года, исследователи объявили, что нейтрино наблюдались, движущиеся со скоростью, превышающей скорость света. Аналогичные результаты были получены с нейтрино с более высокой энергией (28 ГэВ), которые наблюдались для проверки зависимости скорости нейтрино от их энергии. Было измерено, что частицы прибывают в детектор быстрее света примерно на одну часть на 40000, с вероятностью 0,2 из миллиона, что результат окажется ложноположительным, если предположить, что ошибка была полностью вызвана случайными эффектами (значимость шести сигм ). Этот показатель включал оценки как ошибок измерения, так и ошибок использованной статистической процедуры. Однако это была мера точности, а не точности, на которую могли повлиять такие элементы, как неправильные вычисления или неправильные показания приборов. Для экспериментов по физике элементарных частиц, включающих данные о столкновениях, стандартом для объявления об открытии является предел ошибки в пять сигм, более слабый, чем наблюдаемый предел в шесть сигм.

В препринте исследования указано «[наблюдаемое] отклонение от скорость нейтрино от c [скорость света в вакууме] была бы поразительным результатом, указывающим на новую физику в нейтринном секторе »и называла« раннее время прибытия мюонных нейтрино CNGS »« аномалией ». Представитель OPERA Антонио Эредитато объяснил, что команда OPERA «не обнаружила никакого инструментального эффекта, который мог бы объяснить результат измерения». Джеймс Гиллис, представитель ЦЕРНа, заявил 22 сентября, что ученые «приглашают более широкое физическое сообщество взглянуть на то, что они [сделали], и действительно тщательно изучить это в мельчайших деталях, и в идеале, чтобы кто-то в мире повторил то же самое. измерения ».

Внутренняя репликация

Рис. 2 Анализ внутренней репликации. Распределение значений раннего вступления для каждого зарегистрированного нейтрино с повторным запуском сгруппированного пучка. Среднее значение указано красной линией и синей полосой. Рис. 2 Анализ внутренней репликации в ноябре. Распределение значений ранних приходов для каждого зарегистрированного нейтрино при повторном запуске сгруппированного пучка. Среднее значение обозначено красной линией и синей полосой.

В ноябре OPERA опубликовала уточненные результаты, в которых они отметили, что их шансы ошибиться еще меньше, что ужесточило границы ошибок. Нейтрино прибыли примерно на 57,8 нс раньше, чем если бы они двигались со скоростью света, что дает относительную разницу скоростей примерно в одну часть на 42000 относительно скорости света. Новый уровень значимости стал 6,2 сигма. Коллаборация представила свои результаты для рецензируемой публикации в Journal of High Energy Physics.

В той же статье коллаборация OPERA также опубликовала результаты повторного эксперимента, проводившегося с 21 октября 2011 года по 7 ноября 2011 года. Они зарегистрировали двадцать нейтрино, последовательно указывающих на раннее прибытие нейтрино примерно за 62,1 нс, что согласуется с результатом основного анализа.

Ошибки измерения

В феврале 2012 года коллаборация OPERA объявила о двух возможных источники ошибок, которые могли существенно повлиять на результаты.

  • Связь от приемника GPS к главным часам OPERA была ослаблена, что увеличивало задержку в оптоволокне. Эффект сбоя заключался в уменьшении заявленного времени полета нейтрино на 73 нс, заставляя их казаться быстрее света.
  • Часы на электронной плате тикали быстрее, чем предполагаемая частота 10 МГц, увеличивая заявленное время полета. время нейтрино, тем самым несколько уменьшая кажущийся эффект скорости, превышающей скорость света. OPERA заявила, что компонент работал за пределами своих спецификаций.

В марте 2012 года был проведен семинар LNGS, подтвердивший, что оптоволоконный кабель не был полностью вкручен во время сбора данных. Исследователи LVD сравнили временные данные для космических мюонов высокой энергии, попавших как в OPERA, так и в ближайший детектор LVD в период с 2007 по 2008 год, с 2008 по 2011 год и с 2011 по 2012 год. Сдвиг, полученный за период 2008–2011 гг., Согласуется с аномалией OPERA. Исследователи также нашли фотографии, показывающие, что кабель был ослаблен к 13 октября 2011 года.

После поправки на два недавно обнаруженных источника ошибок результаты для скорости нейтрино, похоже, согласуются со скоростью света.

Конечные результаты

12 июля 2012 года коллаборация OPERA опубликовала конечные результаты своих измерений между 2009 и 2011 годами. Разница между измеренным и ожидаемым временем прибытия нейтрино (по сравнению со скоростью света) составляла примерно 6,5 ± 15 нс. Это согласуется с отсутствием каких-либо различий, поэтому скорость нейтрино согласуется со скоростью света в пределах погрешности. Также повторный анализ повторного прогона сгруппированного пучка 2011 г. дал аналогичный результат.

Независимая репликация

В марте 2012 г. совмещенный эксперимент ICARUS опроверг результаты OPERA измеряя скорость нейтрино как скорость света. ICARUS измерил скорость семи нейтрино в том же пучке коротких импульсов, который OPERA проверила в ноябре 2011 года, и обнаружил, что они в среднем движутся со скоростью света. Результаты были взяты из пробного запуска измерений скорости нейтрино, намеченного на май.

В мае 2012 года ЦЕРН инициировал новый повторный прогон пучка. Затем в июне 2012 года ЦЕРН объявил, что в четырех экспериментах Гран-Сассо OPERA, ICARUS, LVD и BOREXINO измерялись скорости нейтрино, соответствующие скорости света, что указывает на то, что первоначальный результат OPERA был вызван ошибками оборудования.

Кроме того, Fermilab заявила, что детекторы для проекта MINOS модернизируются. Ученые Fermilab внимательно проанализировали и установили границы ошибок в своей системе хронометража. 8 июня 2012 года MINOS объявил, что согласно предварительным результатам, скорость нейтрино соответствует скорости света.

Измерение

Эксперимент OPERA был разработан, чтобы зафиксировать, как нейтрино переключаются между разными личности, но Аутьеро понял, что оборудование можно использовать и для точного измерения скорости нейтрино. Более ранний результат эксперимента MINOS в Фермилаб продемонстрировал, что измерение технически осуществимо. Принцип эксперимента по скорости нейтрино OPERA состоял в том, чтобы сравнить время прохождения нейтрино со временем прохождения света. Нейтрино в эксперименте вышли из ЦЕРНа и полетели к детектору OPERA. Исследователи разделили это расстояние на скорость света в вакууме, чтобы предсказать, каким должно быть время прохождения нейтрино. Они сравнили это ожидаемое значение с измеренным временем прохождения.

Обзор

Команда OPERA использовала уже существующий пучок нейтрино, непрерывно движущийся из ЦЕРНа в СПГС, нейтрино из ЦЕРНа в пучок Гран-Сассо, для измерение. Измерение скорости означало измерение расстояния, пройденного нейтрино от источника до места, где они были обнаружены, и времени, затраченного на прохождение этого расстояния. Источник в ЦЕРНе находился на расстоянии более 730 километров (450 миль) от детектора на ЛНГС (Гран-Сассо). Эксперимент был сложным, потому что не было возможности измерить время отдельного нейтрино, что требовало более сложных шагов. Как показано на рис. 1, ЦЕРН генерирует нейтрино, выбивая протоны импульсами длительностью 10,5 микросекунд (10,5 миллионных долей секунды) в графитовую мишень для образования промежуточных частиц, которые распадаются на нейтрино. Исследователи OPERA измеряли протоны, когда они проходили через секцию, называемую преобразователем тока пучка (BCT), и принимали положение преобразователя в качестве отправной точки нейтрино. Протоны на самом деле не создавали нейтрино еще на один километр, но поскольку и протоны, и промежуточные частицы двигались почти со скоростью света, ошибка предположения была достаточно низкой.

Часы в ЦЕРНе и LNGS должны были быть синхронизированы, и для этого исследователи использовали высококачественные GPS-приемники, подкрепленные атомными часами, в обоих местах. Эта система отметила время как протонного импульса, так и обнаруженных нейтрино с заявленной точностью 2,3 наносекунды. Но метку времени нельзя было прочитать как часы. В ЦЕРНе сигнал GPS поступал только на приемник в центральной диспетчерской, и его нужно было направить с помощью кабелей и электроники к компьютеру в диспетчерской нейтринного пучка, который записал измерение протонного импульса (Рис. 3). Задержка этого оборудования составляла 10 085 наносекунд, и это значение нужно было добавить к отметке времени. Данные с преобразователя поступили в компьютер с задержкой в ​​580 наносекунд, и это значение пришлось вычесть из отметки времени. Чтобы внести все исправления, физикам пришлось измерить точную длину кабелей и время ожидания электронных устройств. Со стороны детектора нейтрино регистрировались по индуцированному ими заряду, а не по свету, который они генерировали, и для этого использовались кабели и электроника как часть временной цепи. Рис. 4 показывает поправки, примененные на стороне детектора OPERA.

Поскольку нейтрино нельзя было точно отследить до конкретных протонов, их производящих, пришлось использовать метод усреднения. Исследователи сложили измеренные импульсы протонов, чтобы получить среднее распределение по времени отдельных протонов в импульсе. Момент регистрации нейтрино на Гран-Сассо был нанесен на график для получения другого распределения. Предполагалось, что два распределения будут иметь схожие формы, но разделены на 2,4 миллисекунды, время, необходимое для преодоления расстояния со скоростью света. Экспериментаторы использовали алгоритм максимального правдоподобия для поиска временного сдвига, который наилучшим образом обеспечил совпадение двух распределений. Рассчитанный таким образом сдвиг, статистически измеренное время прибытия нейтрино, был примерно на 60 наносекунд короче, чем нейтрино на 2,4 миллисекунды, если бы они путешествовали со скоростью света. В более позднем эксперименте длительность протонного импульса была сокращена до 3 наносекунд, и это помогло ученым сузить время генерации каждого зарегистрированного нейтрино до этого диапазона.

Расстояние измерения

Расстояние было измерено путем точной фиксации точек источника и детектора в глобальной системе координат (ETRF2000 ). Геодезисты CERN использовали GPS для измерения местоположения источника. Что касается детекторов, команда OPERA работала с геодезической группой из Римского университета Ла Сапиенца, чтобы определить местонахождение центра детектора с помощью GPS и стандартных методов составления карт. Чтобы привязать наземное GPS-местоположение к координатам подземного детектора, пришлось частично остановить движение транспорта на подъездной дороге к лаборатории. Объединив два измерения местоположения, исследователи рассчитали расстояние с точностью до 20 см в пределах пути длиной 730 км.

Измерение времени поездки

Fig. 3 CERN SPS/CNGS time measuring system. Protons circulate in the SPS till kicked by a signal to the beam current transformer (BCT) and on to the target. The BCT is the origin for the measurement. Both the kicker signal and the proton flux in the BCT get to the waveform digitizer (WFD), the first through the Control Timing Receiver (CTRI). The WFD records the proton distribution. The common CNGS/LNGS clock comes from GPS via the PolaRx receiver and the central CTRI, where the CERN UTC and General Machine Timing (GMT) also arrive. The difference between the two references is recorded. The marker x ± y indicates an 'x' nanosecond delay with a 'y' ns error bound. Рис. 3 Система измерения времени CERN SPS / CNGS. Протоны циркулируют в SPS до тех пор, пока сигнал не попадает в трансформатор тока пучка (BCT) и не попадает в цель. BCT - это исходная точка измерения. И сигнал кикера, и поток протонов в BCT попадают в оцифровщик формы волны (WFD), первым через приемник управления синхронизацией (CTRI). WFD записывает распределение протонов. Общие часы CNGS / LNGS поступают от GPS через приемник PolaRx и центральный CTRI, куда также поступают CERN UTC и General Machine Timing (GMT). Регистрируется разница между двумя ссылками. Маркер x ± y указывает наносекундную задержку «x» с границей ошибки «y» нс. Рис. 4 Система измерения времени OPERA на ЛНГС: различные задержки временной цепи и стандартные отклонения погрешности. The top half of the picture is the common GPS clock system (PolaRx2e is the GPS receiver), and the bottom half is the underground detector. Fiber cables bring the GPS clock underneath. The underground detector consists of the blocks from the tt-strip to the FPGA. Errors for each component are shown as x ± y, where x is the delay caused by the component in transmitting time information, and y is the expected bound on that delay. Рис. 4 OPERA система измерения времени на ЛНГС: различные задержки временной цепи и стандартные отклонения погрешности. Верхняя половина изображения - это обычная система часов GPS (PolaRx2e - приемник GPS), а нижняя половина - подземный детектор. Под оптоволоконными кабелями идут часы GPS. Подземный детектор состоит из блоков от tt-полосы до FPGA. Ошибки для каждого компонента показаны как x ± y, где x - задержка, вызванная компонентом при передаче информации о времени, а y - ожидаемая граница этой задержки.
Системы хронометража на двух концах эксперимента OPERA

Время пробега нейтрино нужно было измерять, отслеживая время, в которое они были созданы, и время, когда они были обнаружены, и используя общие часы, чтобы гарантировать время были синхронизированы. Как рис. 1 показывает, что система измерения времени включала в себя источник нейтрино в ЦЕРНе, детектор в ЛНГС (Гран-Сассо) и общий для обоих спутников элемент. Общие часы были сигналом времени от нескольких спутников GPS, видимых как из ЦЕРНа, так и из LNGS. Инженеры отдела лучей CERN работали с командой OPERA, чтобы обеспечить измерение времени прохождения между источником в CERN и точкой непосредственно перед электроникой детектора OPERA с использованием точных GPS-приемников. Это включало синхронизацию взаимодействий протонных пучков в ЦЕРНе и время создания промежуточных частиц, в конечном итоге распадающихся на нейтрино (см. рис. 3).

Исследователи OPERA измерили оставшиеся задержки и калибровки, не включенные в расчет CERN: те, что показаны на рис. 4. Нейтрино были обнаружены в подземной лаборатории, но обычные часы со спутников GPS были видны только над уровнем земли. Значение часов, отмеченное над землей, должно было быть передано на подземный детектор с помощью оптоволоконного кабеля длиной 8 км. Задержки, связанные с этим переносом времени, должны были быть учтены в расчетах. Насколько может варьироваться ошибка (стандартное отклонение ошибок), имеет значение для анализа, и его необходимо рассчитывать для каждой части временной цепи отдельно. Для измерения длины волокна и его последующей задержки использовались специальные методы, которые требовались как часть общего расчета.

Кроме того, для увеличения разрешения со стандартных 100 наносекунд GPS до диапазона 1 наносекунды метрологии, исследователи OPERA использовали точный GPS-приемник времени PolaRx2eTR Септентрио вместе с проверками согласованности между часами (процедуры калибровки времени), которые позволили передавать время в обычном режиме. PolaRx2eTR позволял измерять временной сдвиг между атомными часами и каждым из спутниковых часов Глобальной навигационной спутниковой системы. Для калибровки оборудование было доставлено в Швейцарский метрологический институт (METAS). Кроме того, как в LNGS, так и в ЦЕРН были установлены высокостабильные цезиевые часы для перекрестной проверки времени GPS и повышения его точности. После того, как OPERA обнаружила результат сверхсветовой, калибровка времени была перепроверена инженером CERN и Немецким институтом метрологии (PTB). Время пролета в конечном итоге было измерено с точностью до 10 наносекунд. Окончательная граница ошибки была получена путем объединения дисперсии ошибки для отдельных частей.

Анализ

Команда OPERA проанализировала результаты разными способами и с использованием разных экспериментальных методов. После первоначального основного анализа, опубликованного в сентябре, в ноябре были опубликованы еще три анализа. В основном ноябрьском анализе все существующие данные были повторно проанализированы для внесения поправок на другие факторы, такие как эффект Саньяка, в котором вращение Земли влияет на расстояние, пройденное нейтрино. Затем в альтернативном анализе была принята другая модель для согласования нейтрино со временем их рождения. Третий ноябрьский анализ был посвящен другой экспериментальной установке («повторный запуск»), которая изменила способ создания нейтрино.

В первоначальной установке каждое зарегистрированное нейтрино должно было быть произведено где-то в диапазоне 10 500 наносекунд (10,5 микросекунд), поскольку это была продолжительность выброса протонного пучка, генерирующего нейтрино. Дальнейшее выделение времени образования нейтрино в пределах разлива было невозможно. Таким образом, в своем основном статистическом анализе группа OPERA создала модель протонных волн в ЦЕРНе, объединила различные формы волн и построила график вероятности испускания нейтрино в разное время (глобальная функция плотности вероятности времен испускания нейтрино). Затем они сравнили этот график с графиком времен прибытия 15 223 зарегистрированных нейтрино. Это сравнение показало, что нейтрино достигли детектора на 57,8 наносекунд быстрее, чем если бы они двигались со скоростью света в вакууме. Альтернативный анализ, в котором каждое зарегистрированное нейтрино проверялось по форме волны связанного с ним протонного выброса (вместо глобальной функции плотности вероятности), привел к совместимому результату примерно 54,5 наносекунды.

Ноябрьский основной анализ, который показал время раннего прибытия 57,8 наносекунды, был проведен вслепую, чтобы избежать систематической ошибки наблюдателя, в результате чего лица, выполняющие анализ, могли непреднамеренно точно настроить результат в соответствии с ожидаемыми значениями. С этой целью первоначально были приняты старые и неполные значения расстояний и задержек с 2006 года. Поскольку окончательная коррекция еще не известна, промежуточный ожидаемый результат также был неизвестен. Анализ данных измерений в этих «слепых» условиях дал ранний приход нейтрино за 1043,4 наносекунды. После этого данные были повторно проанализированы с учетом полных и фактических источников ошибок. Если бы нейтрино и скорость света были одинаковыми, для поправки следовало бы получить значение вычитания 1043,4 наносекунды. Однако фактическое значение вычитания составило всего 985,6 наносекунды, что соответствует времени прибытия на 57,8 наносекунды раньше, чем ожидалось.

Два аспекта результата стали предметом особого внимания сообщества нейтрино: система синхронизации GPS и профиль разлива протонного пучка, который генерировал нейтрино. Вторая проблема была решена в ноябрьском повторном прогоне: для этого анализа ученые OPERA повторили измерение на той же базовой линии с использованием нового протонного пучка ЦЕРН, что избавило от необходимости делать какие-либо предположения о деталях образования нейтрино во время активации пучка, таких как распределение энергии или производительность. Этот луч давал протонные импульсы продолжительностью 3 наносекунды каждый с промежутками до 524 наносекунд. Это означало, что зарегистрированное нейтрино можно было отслеживать однозначно до его генерации 3-наносекундного импульса, и, следовательно, можно было напрямую отметить время его начала и окончания. Таким образом, теперь скорость нейтрино можно было рассчитать, не прибегая к статистическому выводу.

В дополнение к четырем вышеупомянутым анализам - сентябрьский основной анализ, ноябрьский основной анализ, альтернативный анализ и повторный анализ - OPERA Команда также разделила данные по энергии нейтрино и сообщила результаты для каждого набора основных анализов в сентябре и ноябре. В повторном анализе было слишком мало нейтрино, чтобы рассматривать дальнейшее разделение набора.

Принятие в сообществе физиков

После первоначального сообщения об очевидных сверхсветовых скоростях нейтрино большинство физиков в этой области отнеслись к результатам тихо скептически, но были готовы принять выжидательную позицию. подход. Эксперты-экспериментаторы знали о сложности и сложности измерения, поэтому дополнительная нераспознанная ошибка измерения все еще оставалась реальной, несмотря на осторожность, проявленную командой OPERA. Однако из-за всеобщего интереса несколько известных экспертов сделали публичные комментарии. Нобелевские лауреаты Стивен Вайнберг, Джордж Смут III и Карло Руббиа, а также другие физики, не связанные с экспериментом, в том числе Мичио Каку выразил скептицизм по поводу точности эксперимента на том основании, что его результаты ставят под сомнение устоявшуюся теорию, согласующуюся с результатами многих других тестов специальной теории относительности. Тем не менее, Эредитато, представитель OPERA, заявил, что ни у кого не было объяснения, которое опровергло бы результаты эксперимента.

Предыдущие эксперименты со скоростью нейтрино сыграли роль в восприятии результатов OPERA физическим сообществом. Эти эксперименты не обнаружили статистически значимых отклонений скорости нейтрино от скорости света. Например, Королевский астроном Мартин Рис и физики-теоретики Лоуренс Краусс и Стивен Хокинг заявили о нейтрино из SN 1987A Взрыв сверхновой произошел почти одновременно со светом, что указывает на скорость нейтрино, не превышающую скорость света. Джон Эллис, физик-теоретик из ЦЕРНа, считал, что трудно согласовать результаты OPERA с наблюдениями SN 1987A. Наблюдения за этой сверхновой ограничили скорость антинейтрино 10 МэВ до менее 20 частей на миллиард (ppb) сверх скорости света. Это была одна из причин, по которой большинство физиков подозревало, что команда OPERA допустила ошибку.

Физики, участвовавшие в эксперименте, воздержались от интерпретации результата, заявив в своей статье:

Несмотря на большое значение измерения сообщенный здесь, и стабильность анализа, потенциально большое влияние результата мотивирует продолжение наших исследований с целью изучения возможных до сих пор неизвестных систематических эффектов, которые могли бы объяснить наблюдаемую аномалию. Мы сознательно не пытаемся какой-либо теоретической или феноменологической интерпретации результатов.

Физики-теоретики Джан Джудис, Сергей Сибиряков и Алессандро Струмиа показали, что сверхсветовые нейтрино подразумевают некоторые аномалии в скоростях электронов и мюонов, в результате квантово-механических эффектов. Подобные аномалии уже могли быть исключены из имеющихся данных о космических лучах, что противоречит результатам OPERA. Эндрю Коэн и Шелдон Глэшоу предсказали, что сверхсветовые нейтрино будут излучать электроны и позитроны и терять энергию из-за вакуумных эффектов Черенкова, когда частица, движущаяся быстрее света, непрерывно распадается на другие более медленные частицы. Однако это истощение энергии отсутствовало как в эксперименте OPERA, так и в совместно размещенном эксперименте ICARUS, в котором используется тот же луч CNGS, что и OPERA. Это несоответствие, по мнению Коэна и Глэшоу, представляет собой «серьезную проблему для сверхсветовой интерпретации данных OPERA».

Многие другие научные статьи по аномалии были опубликованы как arXiv препринты или в рецензируемых журналах. Некоторые из них критиковали результат, другие пытались найти теоретические объяснения, заменяя или расширяя специальную теорию относительности и стандартную модель.

Обсуждения в рамках коллаборации OPERA

В месяцы после первоначального объявления в коллаборации OPERA возникла напряженность. Вотум недоверия среди более чем тридцати руководителей групп не удалось, но пресс-секретарь Эредитато и координатор по физике Аутьеро все равно сложили свои руководящие должности 30 марта 2012 года. В письме об отставке Эредитато заявил, что их результаты были «чрезмерно сенсационными и изображены не всегда оправданное упрощение »и защищал сотрудничество, заявив:« Сотрудничество OPERA всегда действовало в полном соответствии с научной строгостью: как когда оно объявляло результаты, так и когда оно давало им объяснение ».

См. также
Примечания
Ссылки
Внешние ссылки
Последняя правка сделана 2021-05-20 11:30:43
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте