Tidligere i år meddelte et internationalt team af videnskabsmænd, at de havde fundet neutrinoer - små partikler med en lige så lille men ikke-nul masse - der kørte hurtigere end lysets hastighed. En fysiker, der besvarede opkaldet, var Dr. Ramanath Cowsik. Han fandt en potentielt dødelig fejl i eksperimentet, der udfordrede eksistensen af hurtigere end lette neutrinoer.
Superluminale (hurtigere end lette) neutrinoer var resultatet af OPERA-eksperimentet, et samarbejde mellem CERN-fysiklaboratoriet i Genève, Schweiz og Laboratori Nazionali del Gran Sasso i Gran Sasso, Italien.
Eksperimentet afstemte neutrinoer, da de rejste 730 kilometer (ca. 450 miles) gennem Jorden fra deres oprindelsessted ved CERN til en detektor i Gran Sasso. Holdet var chokeret over at finde ud af, at neutrinoerne ankom Gran Sasso 60 nanosekunder hurtigere, end de ville have gjort, hvis de rejste med lysets hastighed i et vakuum. Kort sagt, de syntes at være superluminal.
Dette resultat skabte enten et problem for fysik eller et gennembrud. I henhold til Einsteins teori om særlig relativitet kan enhver partikel med masse komme tæt på lysets hastighed, men kan ikke nå den. Da neutrinoer har masse, bør superluminale neutrinoer ikke findes. Men de gjorde det på en eller anden måde.
Men Cowsik satte spørgsmålstegn ved neutrinos genesis. OPERA-eksperimenterne genererede neutrinoer ved at smide protoner i et stationært mål. Dette frembragte en puls af pioner, ustabile partikler, der magnetisk blev fokuseret ind i en tunnel, hvor de forfaldt til neutrinoer og muoner (en anden lille elementær partikel). Muonerne gik aldrig længere end tunnelen, men neutrinoerne, der kan glide gennem materien, som et spøgelse passerer gennem en mur, fortsatte med at gå mod Gran Sasso.
Cowsiks og hans team kiggede nøje på dette første trin i OPERA-eksperimentet. De undersøgte, om "pion-forfald ville producere superluminale neutrinoer, under forudsætning af, at energi og momentum er bevaret," sagde han. OPERA-neutrinoerne havde meget energi, men meget lidt masse, så spørgsmålet var, om de virkelig kunne bevæge sig hurtigere end lys.
Hvad Cowsik og hans team fandt var, at hvis neutrinoer produceret fra et pion-forfald rejste hurtigere end lys, ville pion-levetiden blive længere, og hver neutrino ville bære en mindre brøkdel af den energi, den deler med muon. Inden for den nuværende fysiske ramme ville superluminale neutrinoer være meget vanskelige at fremstille. ”Hvad mere er,” forklarer Cowsik, ”disse vanskeligheder ville kun øges, når pion-energien stiger.
Der er en eksperimentel kontrol af Cowsiks teoretiske konklusion. CERNs metode til produktion af neutrinoer duplikeres naturligt, når kosmiske stråler rammer Jordens atmosfære. Et observatorium kaldet IceCube er oprettet til at observere disse naturligt forekommende neutrinoer i Antarktis; når neutrinoer kolliderer med andre partikler, genererer de muoner, der efterlader spor med lysglimt, når de passerer gennem en næsten 2,5 kilometer (1,5 mil) tyk blok klar is.
IceCube har påvist neutrinoer med energi, der er 10.000 gange højere end nogen som helst genereret som en del af OPERA-eksperimentet, hvilket førte til, at Cowsik konkluderede, at deres overordnede pioner skal have tilsvarende høje energiniveau. Hans teams beregninger baseret på love om bevarelse af energi og momentum afslørede, at levetiden for disse pioner skulle være for lang til, at de kan henfalde til superluminale neutrinoer.
Som Cowsik forklarer, er IceCubes detektion af neutrinoer med høj energi indikation for, at pioner forfalder i henhold til fysiske standardideer, men neutrinoerne vil kun nærme sig lysets hastighed; de vil aldrig overstige det.
Kilde: Pions ønsker ikke at henfalde til hurtigere lysneutrinoer
