آزمایشی در ایتالیا شواهدی را رو کرده است که ذره‌ی بنیادی‌ی نوترینو می‌تواند تندتر از سرعت نور حرکت کند. پژوهشگران دیگر نسبت به این نتایج محتاط‌ترند اما اگر بررسی‌ی بیشتر صحت این نتایج را تثبیت کند، یکی از بنیادی‌ترین قوانین فیزیک جدید – این‌ که هیچ چیز نمی‌تواند در هرثانیه از 299792458 متر فراتر برود – نقض خواهد شد.

آیا آزمایش اپرا نوترینوهای بسیار تند یافته است؟

محل آزمایش معروف به اپرا [1](پروژه‌ی نوسان با ابزارهای امولسیونی برای ردگیری)  1400 متر زیر زمین در آزمایشگاه ملی گرَن سَسُّو[2] قرار دارد. آزمایش با این هدف طراحی شده است که نوترینوهای تولیدشده در سرن، مهم‌ترین آزمایشگاه فیزیک انرژی‌های زیاد اروپا، را بررسی کند که 730 کیلومتر دورتر در نزدیکی‌ی ژنو سوییس است. نوترینو بار الکتریکی ندارد و برهم‌کنش آن با ماده بسیار ضعیف است اما همه جا هست: شمار نوترینوهائی که در نتیجه‌ی واکنش‌های هسته‌ای در خورشید تولید می‌شود آن‌قدر زیاد است که در هر ثانیه میلیاردها نوترینو از چشم شما عبور می‌کند.

آشکارگر آزمایش اپرا 1800 تن وزن دارد و مجموعه‌‌ی پیچیده‌ی قطعات الکترونیک و صفحات امولسیون عکاسی‌ست اما نتیجه‌‌ئی که این ابزارها به دست می‌دهند ساده است: نوترینوها 60 نانوثانیه زودتر از آن‌چه با سرعت نور امکان‌پذیر است به محل آزمایش می‌رسند. آنتونیو اِرِدیتاتو[3]  فیزیکدان دانشگاه برن سوئیس و سخن‌گوی آزمایش اپرا می‌گوید که همه‌شان‌ شوکه شده‌اند.

قانون‌شکنی

این که هیچ چیز نمی‌تواند تندتر از سرعت نور حرکت کند سنگ بنای نظریه‌ی نسبیت خاص آلبرت اینشتین است که خود شالوده‌ی فیزیک جدید است. اگر نوترینو از سرعت نور تندتر حرکت کند یکی از بنیادی‌ترین قانون‌های فیزیک نقض خواهد شد یعنی این فرض که برای هر ناظری [ساکن یا متحرک] قوانین فیزیک یکی‌ست. جان الیس، فیزیکدان نظری سرن، می‌گوید "حقیقی‌بودن چنین اثری حقیقتاً خارق‌العاده است."

اردیتاتو می‌گوید به نتایج جدید آن‌قدر اعتماد بوده است که آنها را علنی کنیم. پژوهشگران آزمایش ادعا می‌کنند که فاصله‌ی 730‌کیلومتری بین سرن و آشکارگرشان را با دقت 20 سانتی‌متر اندازه‌گرفته‌اند و می‌توانند با دقت 10 نانوثانیه زمان رسیدن نوترینوها را اندازه بگیرند و در بیش از16000 رخ‌دادی که در دو سال گذشته ثبت کرده‌اند این اثر را مشاهده کرده‌اند. بر این اساس می‌گویند که اهمیت‌ آماری‌ی اندازه‌گیری‌های آنها 6 انحراف معیار است که روش فیزیکدان‌هاست برای گفتن این‌که نتیجه‌شان قطعاً درست است. گروه پژوهشی نتایج‌شان را فردا در سرن ارائه‌ خواهند کرد و پیش‌نویس مقاله‌شان در وبگاه فیزیک ArXiv.org در دست‌رس خواهد بود.

دست کم در یک آزمایش دیگر اثری مشابه مشاهده شده گرچه تراز اطمینان به نتیجه‌ی آزمایش بسیار کم‌تر بوده است. در سال 2007 آزمایش جست‌وجوی نوسان نوترینو از تزریق‌کننده‌ی اصلی (مینوس)[4] در مینه‌سوتا مشاهده کرده بود که نوترینوهای تأسیسات فیزیک ذرات آزمایشگاه فرمی در ایلی‌نوی کمی زودتر از آن‌چه انتظار می‌رود به محل آزمایش می‌رسند. جنی توماس سخن‌گوی آزمایش مینوش می‌گوید در آن زمان گروه پژوهشی‌شان بر این نتایج تأکید نکرد زیرا عدم‌قطعیت محل دقیق آشکارگرشان زیاد بود. او می‌گوید که گروه او برای پی‌گیری‌ی این نتایج قصد دارند آزمایش‌های دقیق‌تر انجام دهند و امیدوارند که بتوانند این آزمایش‌ها را طی‌ی یکی دو سال آینده راه بیاندازند و اندازه‌گیری‌های دقیق‌تری انجام دهند.

شک معقول

اگر آزمایش مینوس نتایج اپرا را تأیید کند پی‌آمدش عظیم خواهد بود. آنتونیو زیچیچی فیزیکدان نظری و استاد ممتاز بازنشسته‌ی دانشگاه بولونیا در ایتالیا می‌گوید اگر حد بالای سرعت نور را از دست بدهید تمام ساختار نسبیت خاص فرو می‌ریزد. او این گمان را دارد که نوترینوهای تندتر از نور همان‌طور که نظریه‌ی ریسمان پیش‌بینی می‌کند از ابعاد اضافی فضا می‌گذرند.

جان الیس اما به درستی‌ی نتایج شک دارد. او می‌گوید که آزمایش‌های بسیار در گذشته به جست‌وجوی ذراتی رفته‌اند که تندتر از نور حرکت کنند و همه دست‌خالی بازگشته‌اند. نکته‌ی آزاردهنده‌ی دیگر برای ادعای آزمایش اپرا، تحلیل جداگانه‌ئی از زمان رسیدن تپ (پالس) نوترینوها از ابرنواختر 1978a در نزدیکی‌ی ماست. اگر سرعتی که اپرا ادعا می‌کند برای نوترینو ممکن باشد این تپ می‌بایست چند‌ین سال زودتر از زمان رسیدن نور این ابرنواختر به زمین می‌رسید اما در واقعیت نور ابرنواختر و تپ نوترینو در فاصله‌ی چند ساعت از یک‌دیگر به زمین رسیده است . الیس می‌گوید این دو نتیجه را نمی‌توان با هم آشتی داد.

اردیتاتو می‌گوید پذیرای شک دیگران به نتایج آزمایش هستیم اما این را هم می‌گوید که پژوهشگران هنوز توضیح دیگری برای این نتیجه‌ی حیرت‌انگیز نیافته‌اند. او می‌گوید هر گاه در چنین وضعیتی هستید باید به سراغ جامعه‌ی همه‌ی فیزیکدان‌ها بروید.

منبع:

Particles break light-speed limit

Geoff Brumfiel

naturenews, Published online 22 September 2011

http://www.nature.com/news/2011/110922/full/news.2011.554.html