欧洲核子研究中心的研究小组对超光速中微子的计时是否存在错误?

由:韦斯利Fenlon

凯西-迪·加德纳对世界上最大的粒子加速器提出了一个共同的担忧——它危险吗?看看这个视频,看看为什么我们知道粒子加速不会终结生命。
发现

2011年9月,欧洲核子研究中心(CERN)的科学家们发现了一些令人困惑的事情。他们记录了一组中微子,这些中微子来自一个速度有点快的粒子加速器。中微子到达了450英里(724公里)之外的目的地,比它们本应到达的时间提前了60纳秒。60纳秒听起来并不多,但在这种情况下,这是一件大事——中微子应该以光速传播。

你们知道吗比光速还快?什么都没有。至少我们是这么认为的。自1905年阿尔伯特·爱因斯坦写下狭义相对论以来,这一直是物理学的基石。如果这些中微子真的能够超过光速,那么狭义相对论我们将不得不重新审视物理定律。

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科学家们公布了他们的发现,并鼓励科学界仔细审查、质疑、证明或反驳这些结果。2012年2月,他们发现了问题所在:用于测量粒子速度的GPS系统并不是最重要的,而是出现了故障。一根松散的光纤电缆造成了测量误差,但欧洲核子研究中心和科学界验证其研究的过程比一个松散连接的虎头蛇尾更有趣。

进行超光速中微子测试

CERN的实验将中微子加速到光速,并将它们从日内瓦发射到450英里(724公里)外的意大利格兰萨索国家实验室的一个探测器上。根据本项目网站的目的歌剧——用乳剂跟踪仪的振荡项目——从μ子中微子的振荡中检测到tau中微子的出现。当加速的粒子似乎以超过光速的速度运动时,OPERA项目受到了媒体和科学界的极大关注。

大多数科学家对此持适当的怀疑态度。毕竟,如果这些中微子的速度真的超过了光速,物理学的原理理论就不再可靠了。根据欧洲核子研究中心2011年9月发布的新闻稿,OPERA的科学家们花了几个月的时间反复检查他们的实验,并没有发现可以解释这些结果的仪器异常。

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使用全球定位系统原子钟在美国,OPERA项目可以将中微子的速度精确到10纳秒或更低。科学界自然决定自己进行测试。2012年2月美国科学促进会的会议,或美国科学促进协会表示,五个类似的实验准备测试歌剧的说法,但他们并不是完全必要的:2012年2月23日,欧洲核子研究中心宣布,两个元素的系统可能已经导致了超读数。

诊断错误的超光速读数

考虑到构成欧洲核子研究中心研究武器的高度专业化元件的大小和数量,很难识别出故障的光纤电路也就不足为奇了。"width=
考虑到构成欧洲核子研究中心研究武器的高度专业化元件的大小和数量,很难识别出故障的光纤电路也就不足为奇了。
©Luis Davilla /盖蒂图片社

尽管在2011年9月发表OPERA项目的超光速读数之前,他们仔细研究了几个月的结果,但欧洲核子研究中心的科学家们忽略了读数不准确的原因。他们继续努力验证他们的实验,并在11月宣布一项新的测试证实了计时测量的准确性。结果仍然显示出比光速还快的传播速度。

直到2012年2月,他们才发现了这个问题,当时OPERA在测量中发现了两个潜在的问题。一个振荡器用于提供全球定位系统(GPS)时间戳可能高估了中微子的旅行时间。如果这就是问题所在,那就意味着中微子实际上移动得更快了。另一个潜在的问题则意味着相反的情况:将GPS信号传送到OPERA主时钟的光缆可能出现了故障,这将导致系统低估中微子的传播时间。

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随着光缆的固定,超过光速60纳秒的优势消失了,随后在CERN进行的所有中微子测试都与预期的光速相匹配。在科学界,错误总是会发生的,而人们对待错误的方式和这个完全一样:测试,再测试,外部研究试图证实一个结果。比光速快的旅行恰好是一件足够大的事情,吸引了很多人的注意。

作者的注意

大型强子对撞机是如此的酷,以至于人们很容易忘记欧洲核子研究中心是一个大型科学组织,从事各种各样的实验,而不涉及把原子撞在一起!比光速快的中微子实验就是一个很好的例子:实验结果得到了大量的宣传,因为你不需要大脑来理解物理学,没有什么比光速快。你也不需要有物理头脑,就可以开始幻想超光速旅行的科幻潜力!我几乎希望OPERA的发现得到了证实。那该有多酷?

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来源

  • Brown, Eryn和Amina Khan。“得比光还快吗?欧洲核子研究中心的发现令科学家们困惑不解。”2011年9月23日。(2012年7月5日)http://articles.latimes.com/2011/sep/23/science/la-sci-0923-speed-of-light-20110923
  • 乔丹,弗兰克。美联社。“欧洲核子研究中心的研究人员发现了超光速测量的缺陷。”2012年2月23日。(2012年7月5日)http://www.csmonitor.com/Science/2012/0223/CERN-researchers-find-flaw-in-faster-than-light-measurement
  • 克鲁格,杰弗里。“爱因斯坦一直都是对的:‘超光速’中微子是错误的产物。”2012年2月22日。(2012年7月5日)http://newsfeed.time.com/2012/02/22/einstein-was-right-all-along-faster-than-light-neutrino-was-product-of-error/
  • Operaweb.lngs.infn.it。“关于歌剧。”(2012年7月5日)http://operaweb.lngs.infn.it/spip.php?rubrique1
  • Press.web.cern.ch。欧洲核子研究中心的新闻稿。(2012年7月5日)http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2011/PR19.11E.html
  • Timmer,约翰。“据报道,超光速中微子的结果是由松散的电缆造成的错误-更新。”2012年2月22日。(2012年7月5日)http://arstechnica.com/science/2012/02/faster-than-light-neutrino-result-apparently-a-mistake-due-to-loose-cable/

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