Юный техник, 2012 № 01

В конце сентября 2011 года из Европы пришла неожиданная весть.

Проект по изучению «осцилляций нейтрино», имеющий в английском оригинале сокращение OPERA, дал сенсационные результаты.

В результате этих «осцилляций» пучок нейтрино, сгенерированный в швейцарском научном центре CERN, прибывал в итальянскую лабораторию Gran Sasso на 60 наносекунд раньше, чем следовало бы — за 2 441 629 не вместо 2 441 689 нс.

То есть, говоря проще, получается, что дистанцию в 732 км частицы нейтрино одолели со сверхсветовой скоростью! Разница составляет всего 0,0025 %. Однако, по расчетам экспериментаторов, ошибка измерений составляет всего 10 наносекунд, а сам опыт был повторен более 16 000 раз. Так что научный факт налицо.

Пока ученые всего мира разбираются, как и почему так получилось, у нас есть возможность, не торопясь, прояснить, что же произошло?

Странный мистер нейтрино

Начать нам придется с того, что нейтрино, вокруг которого разгорелся весь сыр-бор, сама по себе весьма необычная частица. Еще в 1914 году английский физик Джеймс Чедвик, изучая явление бета-распада, при котором ядро элемента излучает электрон или позитрон, обнаружил, что при этой реакции часть энергии пропадает неизвестно куда. Пятнадцать лет физики ломали себе голову над явным нарушением закона сохранения энергии, пока в 1930 году швейцарский физик Вольфганг Паули не предположил, что часть энергии уносит с собой некая скрытная частица, которую не удается зарегистрировать.

Теоретически вычисленную частицу итальянский физик Энрико Ферми предложил назвать нейтрино, что в переводе означает «маленький нейтрон, нейтрончик». Потому как новая частица имела нулевой электрический заряд, как и нейтрон, но гораздо меньшую массу. (Некоторые физики и поныне полагают, что масса покоя нейтрино вообще равна нулю.)

Младший собрат нейтрона, хоть и спас закон сохранения энергии, но сам по себе является частицей весьма странной. Оказалось, например, что он запросто может пронизать земной шар, не задерживаясь. Более того, судя по расчетам, при достаточной энергии длина свободного пробега частицы составляет порядка 100 световых лет! Наконец, выяснилось, что Солнце непрерывно бомбардирует окружающее пространство, в том числе и нашу планету, огромными потоками нейтрино — через мишень площадью в 1 квадратный сантиметр за секунду проходит порядка 100 миллиардов частиц, но треть из них куда-то таинственно исчезает по пути.

Во второй половине XX века выяснилось, что существует несколько типов нейтрино — тау, мюонные и электронные. Причем у каждой частицы есть ее антипод — антинейтрино. Оказалось также, что во время полета нейтрино осциллирует, то есть может превращаться из частицы одного типа в частицу другого. Этот-то «маскарад» и путал изрядно теоретиков при расчетах…

Профессор Антонио Эредитато полагает, что поток нейтрино превысил скорость света.

Путь нейтрино из одной лаборатории в другую.

Можно ли ошибиться 16 111 раз?

В общем, хлопот с нейтринными странностями и так было немало. Но сенсация, облетевшая мир 23 сентября 2011 года, вообще повергла многих физиков в шок. Ученые, работающие в упомянутом уже проекте OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus — проект по изучению нейтринных осцилляций, использующий анализ эмульсионных пленок), не в силах более молчать, объявили, что мюонные нейтрино, похоже, способны двигаться со сверхсветовыми скоростями!

Это не первое заявление такого рода — в 2007 году MINOS обнаружил, что нейтрино от ускорителя в лаборатории Ферми приходят чуть раньше, чем следует. Но тогда ученые посчитали, что просто ошиблись в измерениях. В данном случае ошибка маловероятна. В рамках эксперимента ученым удалось зарегистрировать 16 111 событий, когда нейтрино приходили раньше расчетного нейтрино, времени. Неужто можно ошибаться столько раз?!

Схема эксперимента по запуску нейтрино