✖


Jump to content

2011 OPERA нейтринная аномалия со скоростью быстрее света

Рис. 1 Быстрее легких нейтрино. Что увидела ОПЕРА. Крайний слева — пучок протонов 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 пучок нейтрино ЦЕРН в Гран-Сассо (CNGS) в лабораторию СПГ, где находится детектор OPERA. Пучок протонов синхронизируется в BCT. Левая форма волны представляет собой измеренное распределение протонов, а правая — обнаруженных нейтрино OPERA. Сдвиг — это время путешествия нейтрино. Пройденное расстояние составляет примерно 731 км. Вверху расположены спутники GPS, обеспечивающие общие часы для обоих объектов, что позволяет сравнивать время. Только GPS-приемник PolaRx находится над землей, а оптоволоконные кабели переносят время под землю.
Рис. 1 Что увидела ОПЕРА . Крайний слева — протонов 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 пучок нейтрино ЦЕРН в Гран-Сассо (CNGS) в лабораторию СПГ , где находится детектор OPERA. Пучок протонов синхронизируется в BCT. Левая форма волны представляет собой измеренное распределение протонов, а правая — обнаруженных нейтрино OPERA. Сдвиг — это время путешествия нейтрино. Пройденное расстояние составляет примерно 731 км. Вверху расположены спутники GPS , обеспечивающие общие часы для обоих объектов, что позволяет сравнивать время. Только GPS-приемник PolaRx находится над землей, а оптоволоконные кабели переносят время под землю.

В 2011 году эксперимент OPERA ошибочно обнаружил, что нейтрино движутся быстрее света . Еще до того, как был обнаружен источник ошибки, 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. [1] [2]

Ученые OPERA объявили о результатах эксперимента в сентябре 2011 года с заявленным намерением способствовать дальнейшим исследованиям и дебатам. Позже команда сообщила о двух недостатках в настройке оборудования, которые привели к ошибкам, выходящим далеко за пределы первоначального доверительного интервала : неправильно подключенный оптоволоконный кабель , что привело к измерениям, по-видимому, со скоростью, превышающей скорость света, и слишком быстрое тиканье тактового генератора. [3] Ошибки были впервые подтверждены OPERA после отчета ScienceInsider ; [4] учет этих двух источников ошибок исключил результаты, превышающие скорость света. [5] [6]

В марте 2012 года совмещенный эксперимент ICARUS показал, что скорости нейтрино соответствуют скорости света в том же пучке коротких импульсов, который OPERA измерила в ноябре 2011 года. ICARUS использовал частично другую систему синхронизации от OPERA и измерил семь разных нейтрино. [7] Кроме того, в ходе экспериментов Гран-Сассо BOREXINO , ICARUS, LVD и OPERA в мае была измерена скорость нейтрино с помощью короткоимпульсного луча и получено согласие со скоростью света. [8]

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

12 июля 2012 г. OPERA обновила свой документ, включив в свои расчеты новые источники ошибок. Они обнаружили соответствие скорости нейтрино скорости света. [9]

Ожидаются скорости нейтрино, «соответствующие» скорости 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 ниже скорости света. Тем не менее, известные процессы производства нейтрино передают энергию, намного превышающую шкалу масс нейтрино, поэтому почти все нейтрино являются ультрарелятивистскими и распространяются со скоростями, очень близкими к скорости света.

Обнаружение [ править ]

была создана форма нейтрино, мюонные нейтрино ЦЕРН В ходе эксперимента на старом ускорителе SPS на франко-швейцарской границе , и обнаружены они в лаборатории СПГ в Гран-Сассо, Италия. Исследователи OPERA использовали систему GPS общего обзора , созданную на основе стандартной системы GPS, для измерения времени и координат места, в котором нейтрино были созданы и обнаружены. нейтрино Согласно расчетам, среднее время полета оказалось меньше того, которое свету нужно было бы пройти на то же расстояние в вакууме. В течение двух недель до 6 ноября команда OPERA повторила измерения с другим способом генерации нейтрино, что помогло измерить время прохождения каждого обнаруженного нейтрино отдельно. Это устранило некоторые возможные ошибки, связанные с привязкой обнаруженных нейтрино к времени их рождения. [10] Коллаборация OPERA заявила в своем первоначальном пресс-релизе, что необходимы дальнейшие исследования и независимые тесты, чтобы точно подтвердить или опровергнуть результаты. [8]

Первые результаты [ править ]

В ходе анализа своих данных в марте 2011 года ученые из коллаборации OPERA сообщили о доказательствах того, что нейтрино, которые они произвели в ЦЕРН в Женеве и зарегистрировали на детекторе OPERA в Гран-Сассо, Италия, путешествовали быстрее света. Было подсчитано, что нейтрино прибыли примерно на 60,7 наносекунд (60,7 миллиардных долей секунды) раньше, чем свет, если бы он прошел то же расстояние в вакууме. После шести месяцев перекрестной проверки, 23 сентября 2011 года , исследователи объявили, что наблюдались нейтрино, движущиеся со скоростью, превышающей скорость света. [11] Аналогичные результаты были получены с использованием нейтрино более высокой энергии (28 ГэВ), которые наблюдались, чтобы проверить, зависит ли скорость нейтрино от их энергии. Было измерено, что частицы прибывают к детектору быстрее света примерно на одну часть на 40 000, с вероятностью 0,2 на миллион, что результат будет ложноположительным, если предположить, что ошибка полностью вызвана случайными эффектами ( значимость шести сигм). [ сломанный якорь ] ). Эта мера включала оценки как ошибок измерения, так и ошибок используемой статистической процедуры. Однако это была мера прецизионности, а не точности , на которую могли влиять такие элементы, как неправильные вычисления или неправильные показания приборов. [12] [13] Для экспериментов по физике элементарных частиц, включающих данные о столкновениях, стандартом объявления об открытии является предел ошибки в пять сигм, который меньше наблюдаемого предела в шесть сигм. [14]

В препринте исследования говорилось, что «[наблюдаемое] отклонение скорости нейтрино от c (скорости света в вакууме) будет поразительным результатом, указывающим на новую физику в секторе нейтрино», и упоминалось «раннее время прибытия CNGS». мюонные нейтрино» как «аномалия». [15] Представитель OPERA Антонио Эредитато пояснил, что команда OPERA «не обнаружила какого-либо инструментального эффекта, который мог бы объяснить результат измерения». [8] Джеймс Гиллис, представитель ЦЕРН, заявил 22 сентября, что ученые «приглашают более широкое физическое сообщество посмотреть на то, что они [были] сделали, и по-настоящему тщательно изучить это в мельчайших деталях, и в идеале, чтобы кто-то в другом месте мира повторил то же самое». измерения». [16]

Внутренняя репликация [ править ]

Рис. 2. Анализ внутренней репликации. Распределение значений ранних прилетов для каждого зарегистрированного нейтрино при повторном запуске группированного пучка. Среднее значение обозначено красной линией и синей полосой.
Рис. 2. Анализ внутренней репликации в ноябре. Распределение значений ранних прилетов для каждого зарегистрированного нейтрино при повторном запуске группированного пучка. Среднее значение обозначено красной линией и синей полосой.

В ноябре OPERA опубликовала уточненные результаты, в которых они отметили, что вероятность ошибиться еще меньше, тем самым ужесточив границы ошибок. Нейтрино прибыли примерно на 57,8 нс раньше, чем если бы они путешествовали со скоростью света, что дает относительную разницу в скорости примерно одну часть на 42 000 по сравнению со скоростью света. Новым уровнем значимости стал 6,2 сигма. [17] Коллаборация представила свои результаты для рецензируемой публикации в Журнале физики высоких энергий . [18] [19]

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 указывая на раннее прибытие нейтрино примерно за 62,1 нс, что согласуется с результатом основного анализа. [20]

Ошибки измерения [ править ]

В феврале 2012 года коллаборация OPERA объявила о двух возможных источниках ошибок, которые могли существенно повлиять на результаты. [8]

  • Соединение между GPS-приемником и главными часами OPERA было нарушено, что увеличило задержку по оптоволокну. Эффект этого сбоя заключался в уменьшении заявленного времени полета нейтрино на 73 нс, в результате чего они казались быстрее света. [21] [22]
  • Часы на электронной плате тикали быстрее ожидаемой частоты в 10 МГц, увеличивая заявленное время полета нейтрино и тем самым несколько уменьшая кажущийся эффект скорости, превышающей скорость света. OPERA заявила, что компонент работал вне своих спецификаций. [23]

В марте 2012 года был проведен семинар по СПГ , на котором было подтверждено, что оптоволоконный кабель не был полностью вкручен во время сбора данных. [5] Исследователи LVD сравнили данные о времени попадания космических мюонов высокой энергии в OPERA и близлежащий детектор LVD в период с 2007 по 2008 год, 2008–2011 и 2011–2012 годы. Сдвиг, полученный за период 2008–2011 гг., согласуется с аномалией OPERA. [24] Исследователи также нашли фотографии, показывающие, что кабель был отключен к 13 октября 2011 года. [25]

С поправкой на два недавно обнаруженных источника ошибок результаты по скорости нейтрино оказались согласующимися со скоростью света. [5]

Конечные результаты [ править ]

12 июля 2012 года коллаборация OPERA опубликовала конечные результаты своих измерений за 2009 и 2011 годы. Разница между измеренным и ожидаемым временем прибытия нейтрино (по сравнению со скоростью света) составила примерно 6,5 ± 15 нс . Это согласуется с отсутствием каких-либо различий, поэтому скорость нейтрино согласуется со скоростью света в пределах погрешности. Аналогичный результат дал также повторный анализ повторного анализа группированных лучей 2011 года. [9]

Независимая репликация [ править ]

Основная статья: Измерения скорости нейтрино

В марте 2012 года расположенный рядом эксперимент ICARUS опроверг результаты OPERA, измерив скорость нейтрино, равную скорости света. [7] ИКАРУС 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 получены в результате пробного измерения скорости нейтрино, запланированного на май. [26]

В мае 2012 года ЦЕРН инициировал новый повторный эксперимент по сгруппированным лучам. Затем, в июне 2012 года, ЦЕРН объявил, что в ходе четырех экспериментов Гран-Сассо OPERA, ICARUS, LVD и BOREXINO были измерены скорости нейтрино, соответствующие скорости света, что указывает на то, что первоначальный результат OPERA был получен из-за ошибок оборудования. [8]

Кроме того, в Фермилабе заявили, что детекторы для проекта MINOS модернизируются. [27] Ученые Фермилабы внимательно проанализировали и установили границы ошибок в своей системе синхронизации. [28] 8 июня 2012 года MINOS объявила, что по предварительным результатам скорость нейтрино соответствует скорости света. [29]

Измерение [ править ]

Эксперимент OPERA был разработан, чтобы проследить, как нейтрино переключаются между разными идентичностями, но Отьеро понял, что это оборудование можно использовать и для точного измерения скорости нейтрино. [30] Более ранний результат эксперимента MINOS в Фермилабе продемонстрировал, что измерение технически осуществимо. [31] Принцип эксперимента по скорости нейтрино OPERA заключался в сравнении времени прохождения нейтрино со временем прохождения света. Нейтрино в эксперименте появились в ЦЕРНе и полетели к детектору OPERA. Исследователи разделили это расстояние на скорость света в вакууме, чтобы предсказать, каким должно быть время путешествия нейтрино. Они сравнили это ожидаемое значение с измеренным временем в пути. [32]

Обзор [ править ]

Для измерения команда OPERA использовала уже существующий пучок нейтрино, непрерывно перемещающийся из ЦЕРН в СПГ, — пучок нейтрино ЦЕРН в Гран-Сассо. Измерение скорости означало измерение расстояния, пройденного нейтрино от источника до места, где они были обнаружены, а также времени, которое им потребовалось, чтобы пройти это расстояние. Источник в ЦЕРН находился на расстоянии более 730 километров (450 миль) от детектора в LNGS (Гран-Сассо). Эксперимент был сложным, потому что не было возможности рассчитать время отдельного нейтрино, что требовало более сложных шагов. Как показано на рис. 1 , ЦЕРН генерирует нейтрино, ударяя протоны импульсами длиной 10,5 микросекунд (10,5 миллионных секунды) в графитовую мишень для производства промежуточных частиц, которые распадаются на нейтрино. Исследователи OPERA измерили протоны, когда они проходили через секцию, называемую датчиком тока пучка (BCT), и приняли положение датчика в качестве отправной точки нейтрино. На самом деле протоны не создавали нейтрино еще на километр, а потому, что и протоны, и промежуточные частицы двигались почти со скоростью скорости света ошибка предположения была приемлемо низкой.

Часы в CERN и LNGS должны были быть синхронизированы, и для этого исследователи использовали в обоих местах высококачественные GPS-приемники, подкрепленные атомными часами. Эта система фиксировала временные метки как протонного импульса, так и обнаруженных нейтрино с заявленной точностью 2,3 наносекунды. Но метку времени нельзя было прочитать как часы. В ЦЕРН сигнал GPS поступал только на приемник в центральной диспетчерской, и его приходилось направлять с помощью кабелей и электроники на компьютер в диспетчерской нейтринного пучка, который записывал измерение протонного импульса ( рис. 3 ). Задержка этого оборудования составила 10 085 наносекунд, и это значение пришлось добавить к отметке времени. Данные от преобразователя поступали на компьютер с задержкой в ​​580 наносекунд, и это значение пришлось вычесть из отметки времени. Чтобы внести все поправки правильно, физикам пришлось измерить точные длины кабелей и задержки электронных устройств. Со стороны детектора нейтрино обнаруживались по индуцированному ими заряду, а не по излучаемому ими свету, и для этого использовались кабели и электроника как часть временной цепи. На рис. 4 показаны поправки, внесенные на стороне детектора ОПЕРА.

Поскольку нейтрино невозможно было точно отследить до конкретных протонов, их производящих, пришлось использовать метод усреднения. Исследователи суммировали измеренные протонные импульсы, чтобы получить среднее распределение во времени отдельных протонов в импульсе. Время, когда нейтрино были обнаружены в Гран-Сассо, было построено для получения другого распределения. Ожидалось, что два распределения будут иметь схожую форму, но их разделит 2,4 миллисекунды — время, необходимое для прохождения расстояния со скоростью света. Экспериментаторы использовали алгоритм максимального правдоподобия для поиска временного сдвига, который лучше всего обеспечивает совпадение двух распределений. Вычисленный таким образом сдвиг, статистически измеренное время прибытия нейтрино, был примерно на 60 наносекунд короче, чем 2,4 миллисекунды, которые потребовались бы нейтрино, если бы они двигались со скоростью света. В более позднем эксперименте длительность протонного импульса была сокращена до 3 наносекунд, и это помогло ученым сузить время генерации каждого обнаруженного нейтрино до этого диапазона. [33]

Измерение расстояния [ править ]

Расстояние измерялось путем точной фиксации точек источника и детектора в глобальной системе координат ( ETRF2000 ). Геодезисты CERN использовали GPS для измерения местоположения источника. Что касается детектора, команда OPERA работала с группой геодезистов из Римского университета Сапиенца, чтобы определить местонахождение центра детектора с помощью GPS и стандартных методов построения карт. Чтобы связать местоположение наземного GPS с координатами подземного детектора, пришлось частично остановить движение на подъездной дороге к лаборатории. Объединив два измерения местоположения, исследователи рассчитали расстояние, [34] с точностью до 20 см на трассе длиной 730 км. [35]

Измерение времени поездки [ править ]

Рис. 3. Система измерения времени CERN SPS/CNGS. Протоны циркулируют в SPS до тех пор, пока не подадут сигнал на трансформатор тока пучка (BCT) и не направятся к мишени. BCT является источником измерения. И кикер-сигнал, и поток протонов в BCT поступают в преобразователь формы сигнала (WFD), сначала через приемник времени управления (CTRI). WFD фиксирует распределение протонов. Общие часы CNGS/LNGS поступают от GPS через приемник PolaRx и центральный CTRI, куда также поступают данные CERN UTC и General Machine Timing (GMT). Разница между двумя эталонами записывается. Маркер x ± y указывает наносекундную задержку «x» с границей ошибки «y» в нс.
Рис. 3. Система измерения времени CERN SPS/CNGS. Протоны циркулируют в SPS до тех пор, пока не подадут сигнал на трансформатор тока пучка (BCT) и не направятся к мишени. BCT является источником измерения. И кикер-сигнал, и поток протонов в BCT поступают в преобразователь формы сигнала (WFD), сначала через приемник времени управления (CTRI). WFD фиксирует распределение протонов. Общие часы CNGS/LNGS поступают от GPS через приемник PolaRx и центральный CTRI, куда также поступают данные CERN UTC и General Machine Timing (GMT). Разница между двумя эталонами записывается. Маркер x ± y указывает наносекундную задержку «x» с границей ошибки «y» в нс.
Рис. 4. Система измерения времени OPERA на ЛПГС: различные задержки цепи ГРМ и стандартные отклонения погрешности. Верхняя половина изображения — это обычная система часов GPS (PolaRx2e — приемник GPS), а нижняя половина — подземный детектор. Оптоволоконные кабели подводят часы GPS внизу. Подземный детектор состоит из блоков от ТТ-полоски до ПЛИС. Ошибки для каждого компонента показаны как x ± y, где x — задержка, вызванная компонентом при передаче информации о времени, а y — ожидаемая граница этой задержки.
Рис. 4. Система измерения времени OPERA на ЛПГС: различные задержки цепи ГРМ и стандартные отклонения погрешности. Верхняя половина изображения — это обычная система часов GPS (PolaRx2e — приемник GPS), а нижняя половина — подземный детектор. Оптоволоконные кабели подводят часы GPS внизу. Подземный детектор состоит из блоков от ТТ-полоски до ПЛИС. 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 синхронизации на двух концах эксперимента OPERA

Время путешествия нейтрино нужно было измерить, отслеживая время их создания и время их обнаружения, а также используя общие часы, чтобы обеспечить синхронизацию времени. Как видно из рис. 1 , система измерения времени включала источник нейтрино в ЦЕРН, детектор в LNGS (Гран-Сассо) и общий для них спутниковый элемент. Общие часы представляли собой сигнал времени от нескольких спутников GPS, видимых как из ЦЕРН, 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, используя точные приемники GPS. Это включало в себя определение времени взаимодействия пучков протонов в ЦЕРН и определение времени образования промежуточных частиц, которые в конечном итоге распадаются на нейтрино (см. рис. 3 ).

Исследователи из OPERA измерили оставшиеся задержки и калибровки, не включенные в расчет CERN: те, что показаны на рис. 4 . Нейтрино были обнаружены в подземной лаборатории, но общие часы со спутников GPS были видны только над уровнем земли. Значение часов, отмеченное над землей, необходимо было передать на подземный детектор по оптоволоконному кабелю длиной 8 км. Задержки, связанные с таким переносом времени, необходимо было учитывать при расчетах. Насколько могла варьироваться ошибка ( стандартное отклонение ошибок) имело значение для анализа, и его нужно было рассчитывать для каждой части временной цепи отдельно. Для измерения длины волокна и последующей задержки, необходимой для общего расчета, использовались специальные методы. [34]

Кроме того, чтобы повысить разрешение со стандартных GPS 100 наносекунд до диапазона 1 наносекунды, которого достигают метрологические лаборатории, исследователи OPERA использовали компании Septentrio . точный GPS-приемник синхронизации PolaRx2eTR [36] наряду с проверками согласованности часов (процедуры калибровки времени), которые позволяли осуществлять передачу времени в общем виде . PolaRx2eTR позволял измерять разницу во времени между атомными часами и Глобальной навигационной спутниковой системы часами каждого спутника . Для калибровки оборудование было доставлено в Швейцарский метрологический институт (МЕТАС). [34] Кроме того, в LNGS и CERN были установлены высокостабильные цезиевые часы для перекрестной проверки времени GPS и повышения его точности. После того, как OPERA обнаружила сверхсветовой результат, калибровка времени была перепроверена инженером CERN и Немецким институтом метрологии (PTB). [34] В конечном итоге время полета было измерено с точностью до 10 наносекунд. [8] [37] Окончательная граница ошибки была получена путем объединения дисперсии ошибки для отдельных частей.

Анализ [ править ]

Команда OPERA проанализировала результаты разными способами и с использованием разных экспериментальных методов. После первоначального основного анализа, опубликованного в сентябре, в ноябре были обнародованы еще три анализа. В ходе основного ноябрьского анализа все существующие данные были повторно проанализированы, чтобы учесть другие факторы, такие как эффект Саньяка , при котором вращение Земли влияет на расстояние, пройденное нейтрино. Затем альтернативный анализ принял другую модель соответствия нейтрино времени их создания. Третий ноябрьский анализ был сосредоточен на другой экспериментальной установке («повторный запуск»), которая изменила способ создания нейтрино.

В первоначальной установке каждое обнаруженное 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 оказалось невозможным. Поэтому в своем основном статистическом анализе группа OPERA создала модель форм сигналов протонов в ЦЕРН, объединила различные формы сигналов и построила график вероятности испускания нейтрино в разное время (глобальная функция плотности вероятности времени испускания нейтрино). . Затем они сравнили этот график с графиком времен прибытия 15 223 обнаруженных нейтрино. Это сравнение показало, что нейтрино прибыли к детектору на 57,8 наносекунд быстрее, чем если бы они двигались со скоростью света в вакууме. Альтернативный анализ, в котором каждое обнаруженное нейтрино сравнивалось с формой волны связанного с ним выброса протонов (а не с глобальной функцией плотности вероятности), привел к совместимому результату примерно в 54,5 наносекунд. [38]

Ноябрьский основной анализ, который показал время раннего прибытия 57,8 наносекунд, был проведен вслепую, чтобы избежать предвзятости наблюдателя , в результате чего те, кто проводил анализ, могли непреднамеренно подстроить результат в соответствии с ожидаемыми значениями. С этой целью первоначально были приняты старые и неполные значения расстояний и задержек 2006 года. Поскольку окончательная корректировка еще не была известна, промежуточный ожидаемый результат также был неизвестен. Анализ данных измерений в этих «слепых» условиях дал раннее прибытие нейтрино за 1043,4 наносекунды. После этого данные были проанализированы еще раз с учетом полных и фактических источников ошибок. Если бы скорость нейтрино и света была одинаковой, для поправки должно было бы получиться значение вычитания 1043,4 наносекунды. Однако фактическое значение вычитания составило всего 985,6 наносекунд, что соответствует времени прибытия на 57,8 наносекунд раньше, чем ожидалось. [17]

Два аспекта результата оказались под особым вниманием нейтринного сообщества: система синхронизации GPS и профиль выброса протонного пучка, который генерировал нейтрино. [11] Вторая проблема была решена во время повторного исследования в ноябре: для этого анализа ученые OPERA повторили измерение по той же базовой линии, используя новый протонный пучок ЦЕРН, что позволило избежать каких-либо предположений о деталях образования нейтрино во время активации пучка, таких как распределение энергии или скорость производства. Этот луч обеспечивал протонные импульсы длительностью 3 наносекунды каждый с промежутками до 524 наносекунд. Это означало, что обнаруженное нейтрино можно было отследить только по его генерирующему импульсу длительностью 3 наносекунды, и, следовательно, можно было напрямую отметить время его начала и конца пути. Таким образом, скорость нейтрино теперь можно было рассчитать, не прибегая к статистическим выводам. [8]

В дополнение к четырем анализам, упомянутым ранее — сентябрьскому основному анализу, ноябрьскому основному анализу, альтернативному анализу и повторному анализу — команда OPERA 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 возможность дальнейшего разделения набора.

физического со стороны Прием сообщества

После первоначального сообщения о кажущихся сверхсветовых скоростях нейтрино большинство физиков в этой области скептически отнеслись к результатам, но были готовы занять выжидательную позицию. Эксперты-экспериментаторы осознавали сложность и трудность измерения, поэтому дополнительная нераспознанная ошибка измерения все еще оставалась реальной, несмотря на осторожность, проявленную командой OPERA. [ нужна ссылка ] Однако из-за широкого интереса несколько известных экспертов все же выступили с публичными комментариями. Нобелевские лауреаты Стивен Вайнберг , [39] Джордж Смут III и Карло Руббиа , [40] и другие физики, не причастные к эксперименту, включая Мичио Каку , [41] выразил скептицизм по поводу точности эксперимента на том основании, что результаты бросают вызов давней теории, согласующейся с результатами многих других тестов специальной теории относительности . [42] Тем не менее, Эредитато, представитель OPERA, заявил, что ни у кого не было объяснения, которое могло бы опровергнуть результаты эксперимента. [43]

Предыдущие эксперименты по изучению скорости нейтрино сыграли свою 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. [39] и Стивен Хокинг [44] заявленные нейтрино от взрыва сверхновой SN 1987A прибыли почти одновременно со светом, что указывает на отсутствие скорости нейтрино, превышающей скорость света. Джон Эллис , физик-теоретик из ЦЕРН, считал, что трудно согласовать результаты OPERA с наблюдениями SN 1987A. [45] Наблюдения за этой сверхновой ограничили скорость антинейтрино с энергией 10 МэВ до уровня менее 20 частей на миллиард (ppb) по сравнению со скоростью света. Это была одна из причин, по которой большинство физиков подозревали, что команда OPERA допустила ошибку. [32]

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

Несмотря на большую значимость сообщаемых здесь измерений и стабильность анализа, потенциально большое влияние результата мотивирует продолжение наших исследований с целью изучения возможных, пока неизвестных систематических эффектов, которые могли бы объяснить наблюдаемую аномалию. Мы намеренно не пытаемся какой-либо теоретической или феноменологической интерпретации результатов. [15]

Физики-теоретики Джан Джудис , Сергей Сибиряков и Алессандро Струмия показали, что сверхсветовые нейтрино могут привести к некоторым аномалиям в скоростях электронов и мюонов в результате квантово-механических эффектов. [46] Подобные аномалии уже могли быть исключены из существующих данных по космическим лучам, 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. [47] Однако это истощение энергии отсутствовало как в эксперименте OPERA, так и в соседнем эксперименте ICARUS , в котором используется тот же луч CNGS, что и в OPERA. [1] [48] По мнению Коэна и Глэшоу, это несоответствие представляет собой «серьезную проблему для сверхсветовой интерпретации данных OPERA». [47]

Многие другие научные статьи об аномалии были опубликованы в виде arXiv препринтов или в рецензируемых журналах. Некоторые из них раскритиковали результат, другие пытались найти теоретические объяснения, заменяя или расширяя специальную теорию относительности и стандартную модель . [49]

Дискуссии в рамках коллаборации OPERA [ править ]

Через несколько месяцев после первоначального объявления в сотрудничестве с OPERA возникла напряженность. [50] [51] [18] [21] Вотум недоверия среди более чем тридцати руководителей групп провалился, но представитель Эредитато и координатор по физике Отьеро все равно оставили свои руководящие посты 30 марта 2012 года. [5] [52] [53] В заявлении об отставке Эредитато заявил, что их результаты были «чрезмерно сенсационными и изображались с не всегда оправданным упрощением», и защитил сотрудничество, заявив: «Коллаборация OPERA всегда действовала в полном соответствии с научной строгостью: как когда она объявляла результаты, так и когда он дал им объяснение». [54]

См. также [ править ]

Примечания [ править ]

  1. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Рич (2011б) .
  2. ^ Многие источники описывают сверхсветовую скорость (FTL) как нарушение специальной теории относительности (SR): ( Райх (2011c) ; Чо (2011a) ; Чой (2011) ). Однако другие надежные источники с этим не согласны; о сверхсветовой скорости, не обязательно нарушающей СР, см. «Тахион» (2011) .
  3. ^ Штрасслер, М. (2012) «ОПЕРА: Что пошло не так» profmattstrassler.com
  4. ^ Картлидж (2012a) ; Картлидж (2012b)
  5. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д Юджини Сэмюэл Райх (2 апреля 2012 г.), «Лидеры нейтринного проекта в боевой готовности уходят в отставку» , Nature News , doi : 10.1038/nature.2012.10371 , S2CID   211730430 , получено 2 апреля 2012 г.
  6. ^ Райх (2012c) .
  7. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б ИКАР (2012б) .
  8. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г час «Эксперимент OPERA сообщает об аномалии во времени полета нейтрино из ЦЕРН в Гран-Сассо» (2011 г.)
  9. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б ОПЕРА (2012) .
  10. ^ Картлидж (2011b) .
  11. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Рич (2011а) .
  12. ^ Брунетти (2011) .
  13. ^ ОПЕРА (2011а) .
  14. ^ Мыло (2000) .
  15. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б ОПЕРА (2011а) , с. 29.
  16. ^ Джорданс и Боренштейн (2011a) .
  17. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б ОПЕРА (2011б) .
  18. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Картлидж (2011c) .
  19. ^ Джа (2011) .
  20. ^ «Новый выброс протонов из ЦЕРН в Гран-Сассо» (2011) ; ОПЕРА (2011б)
  21. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Картлидж (2012c) .
  22. ^ Линдингер и Хагнер (2012) .
  23. ^ «Наука в действии» (2012)
  24. ^ ЛВД и ОПЕРА (2012) .
  25. ^ Сирри, Габриэле (28 марта 2012 г.). «Измерения и перекрестные проверки хронометража ОПЕРА» . Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (презентация Powerpoint). п. 8. Архивировано из оригинала 10 февраля 2022 года . Проверено 10 февраля 2022 г.
  26. ^ Джорданс (2012) .
  27. ^ Хукер (2011) .
  28. ^ Пиз (2011) .
  29. ^ «МИНОС сообщает о новом измерении скорости нейтрино» . Фермилаб сегодня . 8 июня 2012 года . Проверено 8 июня 2012 г.
  30. ^ Носенго (2011)
  31. ^ Картлидж (2011a) .
  32. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Чо (2011б) .
  33. ^ Цитирование пучка нейтрино ЦЕРН в Гран-Сассо взято из книги «Вверх по течению от OPERA: предельное внимание к деталям» (2011) ; остальная часть описания во многом опирается на статью Чо (2011b) и, в некоторой степени, Картлиджа (2011b) .
  34. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д «Вверх по течению от ОПЕРЫ: предельное внимание к деталям» (2011)
  35. ^ Колозимо и др. (2011) .
  36. ^ «Стучать по Эйнштейну: септентрио в эксперименте ЦЕРН» (2011) .
  37. ^ Фельдманн (2011) ; Комацу (2011)
  38. ^ ОПЕРА (2011b) , стр. 14, 16–21.
  39. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Мэтсон (2011) .
  40. ^ Отгрузка (2011) .
  41. ^ Джорданс и Боренштейн (2011b) .
  42. ^ Райх (2011c) ; Чо (2011б) ; Прощай (2011) ; Гэри (2011)
  43. ^ Палмер (2011) .
  44. ^ «Хокинг о будущем человечества» (2012) .
  45. ^ Брамфил (2011) .
  46. ^ Судья, Сибиряков и Струмия (2011)
  47. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Коэн и Глэшоу (2011)
  48. ^ ИКАР (2012а) .
  49. ↑ Список ресурсов на INFN SuperLuminal Neutrino , заархивировано из оригинала 2 сентября 2012 г.
  50. ^ Гроссман (2011a) .
  51. ^ Гроссман (2011b) .
  52. ^ Картлидж (2012d) .
  53. ^ Гроссман (2012b) .
  54. ^ Антонио Эредитато (30 марта 2012 г.). «РАБОТА: точка зрения Inherited» . Науки.

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=2011_OPERA_faster-than-light_neutrino_anomaly&oldid=1226320145"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 461083c2b5e191827c4c492216a7edd9__1717009320
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/46/d9/461083c2b5e191827c4c492216a7edd9.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
2011 OPERA faster-than-light neutrino anomaly - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)