Światło nadal oficjalnie pozostaje wszechświatowym rekordzistą w dziedzinie osiągania największych prędkości. Naukowcy głowią się jednak nad wyjaśnieniem rezultatów eksperymentu OPERA, którego wyniki sugerują istnienie pretendenta do tytułu. Najbliżej prawdy są chyba ci, którzy przypuszczają, że doszło do niezawinionego błędu sędziego. Po prostu jego szwajcarski stoper też podlega teorii względności.
Oficjalnie nie opublikowano jeszcze wyników, ponieważ zaskoczyły one samych autorów badania. Gdyby udało się powtórzyć eksperyment, mogłoby się okazać, że dziś obowiązujące podstawowe teorie fizyczne są błędne lub niekompletne. Niestety analogiczne badania, prowadzone od kilku lat przez japońskich uczonych, zostały zakłócone przez katastrofalne trzęsienie ziemi w marcu tego roku. Na potwierdzenie trzeba więc będzie poczekać. Lada chwila możemy się natomiast spodziewać wyników zmodyfikowanego eksperymentu, przeprowadzonego przez zespół eksperymentu OPERA w celu potwierdzenia dotychczasowych obserwacji.
Wyobraźnia rozpościera przed nami fantastyczne scenariusze. Odkrycie sposobu na rozpędzanie materialnych obiektów powyżej prędkości światła otwierałoby możliwość podróży międzygwiezdnych a nawet, być może, podróży w czasie.
Intuicja podpowiada jednak, że jeszcze nie tym razem.
Naukowcy z CERN przesyłali wiązkę neutrin ze swojego ośrodka do oddalonego o 732 km, podziemnego laboratorium we włoskim Gran Sasso. Zauważyli, że w punkcie docelowym cząstki pojawiły się o 60 miliardowych sekundy wcześniej, niż taki sam dystans mogłoby pokonać światło. W środowisku naukowym zawrzało i pojawiły się różne interpretacje:1) może zaobserwowano tachiony, hipotetyczne cząstki poruszające się wyłącznie z prędkością nadświetlną, których istnienie można wyprowadzić z teorii względności? 2) może neutrina to zwykłe neutrina, ale po drodze z CERN-u do Gran Sasso znalazły sposób by przeskoczyć do innego wymiaru i w ten sposób skrócić sobie drogę przez czasoprzestrzeń? 3) może prędkość światła można przekroczyć, a równania Einsteina trzeba będzie zweryfikować?
Entuzjazm jednak studzą eksperci - przy tak precyzyjnych pomiarach bardzo łatwo o błąd. Trzeba wziąć pod uwagę wszystkie możliwe zakłócenia. I fizycy liczą wszystko jeszcze raz od nowa.
Wskazówkę co do możliwego wyjaśnienia dają fizycy teoretycy z Wiednia, którzy opublikowali właśnie pracę na temat różnicy w upływie czasu w zależności od grawitacji. Przypominają oni, że zgodnie z ogólną teorią względności, czas upływa inaczej dla obiektów będących bliżej źródła grawitacji a inaczej dla tych będących dalej od niego. Czyli np. zegarek na orbicie chodzi inaczej niż zegarek na powierzchni Ziemi. Może w tym coś tkwi. Przecież badacze z OPERY do synchronizacji swoich pomiarów używali systemu GPS.
Główna autorka pracy wyjaśniła mi jednak, że satelity systemu GPS wyposażone są w systemy biorące pod uwagę ten efekt.
Możliwe jednak, że nie biorą go pod uwagę zegarki tu na dole. A grawitacja na powierzchni naszej planety nie jest rozłożona równomiernie. Ze względu na kształt Ziemi, która nie jest idealną kulą, CERN znajduje się w silniejszym polu grawitacyjnym niż Gran Sasso. Szwajcarskie zegarki chodzą więc wolniej niż włoskie!
Oczywiście różnica jest znikoma i bardzo trudna do zmierzenia, ale podobnie rzecz się ma z różnicą między prędkością światła a prędkością neutrin. Pamiętajmy, że według stopera włoskiego sędziego (to on rejestrował czas na finiszu) przekroczyły one metę wyścigu zaledwie o 60 miliardowych sekundy wcześniej niż światło. A mówimy o dystansie 732 km.
Uwzględnienie tych różnic to karkołomne zadanie. Niemniej naukowcy się go podejmują, bo najprostszego testu, czyli realnego wyścigu, nie da się przeprowadzić.
Neutrina z CERN do Gran Sasso były przesyłane pod ziemią. Gleba, skały i podziemne wody nie spowalniają ich ruchu. Neutrina na tyle słabo wchodzą w interakcje z innymi cząstkami, że atomy są dla nich jak przydrożne drzewa dla kierowców ciężarówek, mijają je, ledwie zauważając. Miliardy miliardów neutrin, pochodzące z promieniowania kosmicznego, w ułamku sekundy przenikają Ziemię na wylot i pędzą dalej w swojej kosmicznej podróży. Jednocześnie, ponieważ ziemia pochłania wiele innych rodzajów promieniowania, górnicze warunki eksperymentu pozwalają uniknąć zakłóceń przy próbie dokładnego zmierzenia cienkiej wiązki neutrin, starannie przygotowanej w laboratorium. Jest to więc idealne środowisko dla eksperymentu OPERA, ale niestety nieprzezroczyste, przez co tą samą drogą nie da się wysłać wiązki światła by porównać czas, w którym obaj zawodnicy przemierzą trasę.
Prawdopodobnie podobny eksperyment mógłby zostać wykonany w próżni. Ale w tym celu albo należałoby zbudować porównywalnie długi tunel próżniowy, albo zabrać w kosmos (i umieścić odpowiednio daleko od siebie) akcelerator wytwarzający wiązkę neutrin i detektor, który ma ją odebrać na mecie. Nie będę chyba osamotniona w poglądzie, że ani na jedno, ani na drugie się nie zanosi.
Jakikolwiek by nie był wynik weryfikacji danych z OPERY, mamy do czynienia z momentem przełomowym w nauce. Zdarzają się one wtedy, kiedy naukowiec zaobserwuje coś, czego nikt nie umie wyjaśnić. Ten moment niedługo przeminie, więc cieszmy się nim.
Urszula Rybicka
Fundacja PAP zezwala na bezpłatny przedruk artykułów z Serwisu Nauka w Polsce pod warunkiem mailowego poinformowania nas raz w miesiącu o fakcie korzystania z serwisu oraz podania źródła artykułu. W portalach i serwisach internetowych prosimy o zamieszczenie podlinkowanego adresu: Źródło: naukawpolsce.pl, a w czasopismach adnotacji: Źródło: Serwis Nauka w Polsce - naukawpolsce.pl. Powyższe zezwolenie nie dotyczy: informacji z kategorii "Świat" oraz wszelkich fotografii i materiałów wideo.
