Na początku tego roku międzynarodowy zespół naukowców ogłosił, że odkrył neutrina - drobne cząstki o równie małej, ale niezerowej masie - podróżujące szybciej niż prędkość światła. Jednym z fizyków, który odebrał połączenie, był dr Ramanath Cowsik. W eksperymencie znalazł potencjalnie śmiertelną wadę, która podważyła istnienie neutrin szybszych niż lekkie.
Neutriny superluminalne (szybsze od światła) były wynikiem eksperymentu OPERA, współpracy między laboratorium fizyki CERN w Genewie w Szwajcarii a Laboratori Nazionali del Gran Sasso w Gran Sasso we Włoszech.
Eksperyment mierzył czas neutrin podczas ich podróży 730 kilometrów (około 450 mil) przez Ziemię od ich punktu początkowego w CERN do detektora w Gran Sasso. Zespół był zszokowany, gdy odkrył, że neutrina przybyły do Gran Sasso o 60 nanosekund wcześniej, niż gdyby jechały z prędkością światła w próżni. Krótko mówiąc, wyglądały na superluminalne.
Ten wynik stworzył albo problem dla fizyki, albo przełom. Zgodnie z teorią szczególnej teorii względności Einsteina każda cząstka z masą może zbliżyć się do prędkości światła, ale nie może jej osiągnąć. Ponieważ neutrina mają masę, neutrina superluminalne nie powinny istnieć. Ale jakoś tak zrobili.
Ale Cowsik zakwestionował genezę neutrin. Eksperymenty OPERA wygenerowały neutrina poprzez uderzenie protonów w stacjonarny cel. To wytworzyło puls pionów, niestabilnych cząstek, które magnetycznie skupiły się w tunelu, gdzie rozpadły się na neutrina i miony (kolejna drobna cząstka elementarna). Miony nigdy nie poszły dalej niż tunel, ale neutrina, które mogą prześlizgiwać się przez materię, jak duch przechodzi przez ścianę, wciąż podążają w kierunku Gran Sasso.
Cowsik i jego zespół przyjrzeli się uważnie temu pierwszemu etapowi eksperymentu OPERA. Zbadali, czy „rozpady pionu spowodowałyby wytworzenie neutrin nadświetlnych, zakładając, że energia i pęd zostaną zachowane”, powiedział. Neutrina OPERA miały dużo energii, ale bardzo małą masę, więc pytanie brzmiało, czy naprawdę mogą poruszać się szybciej niż światło.
Cowsik i jego zespół stwierdzili, że jeśli neutrina wytwarzane w wyniku rozpadu pionu poruszają się szybciej niż światło, żywotność pionu wydłuża się, a każde neutrino przenosi mniejszą część energii, którą dzieli z mionem. W obecnych ramach fizyki, nadświetlne neutrina byłyby bardzo trudne do wyprodukowania. „Co więcej”, wyjaśnia Cowsik, „trudności te wzrosłyby tylko wraz ze wzrostem energii pionu.
Istnieje eksperymentalna kontrola teoretycznego wniosku Cowsika. Metoda produkcji neutrin przez CERN jest naturalnie powielana, gdy promienie kosmiczne uderzają w ziemską atmosferę. Utworzono obserwatorium o nazwie IceCube, aby obserwować te naturalnie występujące neutrina na Antarktydzie; gdy neutrina zderzają się z innymi cząsteczkami, generują miony, które pozostawiają ślady błysków świetlnych, gdy przechodzą przez bloki czystego lodu o grubości prawie 2,5 km (1,5 mili).
IceCube wykrył neutrina o energii 10 000 razy większej niż jakikolwiek wytworzony w ramach eksperymentu OPERA, co doprowadziło Cowsika do wniosku, że ich piony macierzyste muszą mieć odpowiednio wysoki poziom energii. Obliczenia jego zespołu oparte na prawach zachowania energii i pędu ujawniły, że czasy życia tych pionów powinny być zbyt długie, aby mogły rozpaść się w neutrina nadświetlne.
Jak wyjaśnia Cowsik, wykrycie przez IceCube neutrin wysokoenergetycznych wskazuje, że piony rozkładają się zgodnie ze standardowymi koncepcjami fizyki, ale neutrina zbliżą się tylko do prędkości światła; nigdy go nie przekroczą.
Źródło: Pions nie chce rozpaść się w szybsze światło neutrin
