超光速中微子得到解释?

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


去年OPERA粒子物理实验观测到的超光速中微子可能刚刚得到解释。原因是一根松动的电缆。我希望我是在开玩笑。

稍微回顾一下,位于意大利格兰萨索山下同名实验室的OPERA合作组织去年九月在预印本服务器arxiv.org上发表了一篇论文,称他们观测到中微子,一种亚原子粒子,以超过光速的速度传播。他们记录了从中微子,这些中微子从日内瓦CERN出发,穿过地球到达意大利格兰萨索,比它们以光速传播到达实验室的时间提前了60纳秒。

自那时以来,世界各地的科学家一直在集体挠头,并发表论文,这些论文倾向于分为两类:一类是指出实验存在错误(例如两个实验室的时钟没有正确同步),另一类是建议在当前的粒子相互作用理论中添加一些内容,以解释这种奇怪的结果(例如,中微子可能跳过的新维度,以缩短它们的旅程——这样它们实际上在任何时候都没有以超过光速的速度传播)。


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但我不认为有人会预料到事情会如此简单。

今天,《科学》杂志报道称,连接GPS接收器和计算机中电子卡的光纤电缆松动了。他们继续说

在拧紧连接并测量数据传输光纤长度所需的时间后,研究人员发现数据到达时间比预期的提前了60纳秒

这个消息(虽然尚未证实)给另一个最近的解释蒙上了一层阴影,那个解释涉及一些稍微不那么荒谬的事情。

在《天文与天体物理学》杂志上发表的一篇论文中,意大利帕多瓦天文台的Claudio Germana认为,实验两端的时钟同步存在问题。他的计算表明,如果实验在一年中的不同时间进行,中微子实际上会晚到50纳秒

晚于光速到达。

我与伦敦帝国学院的物理学家Carlo Contaldi谈过,他去年在arxiv.org上发表了一篇论文,指出了时钟同步可能存在的问题,关于这篇新论文。虽然他认为这些计算以及计算似乎显示出的巨大影响“有趣”,但他仍有一些保留意见

[Germana] 似乎没有提及OPERA在2012年11月进行的最新测量。这些测量显示,中微子的飞行时间值与之前的结果一致,看看这个时间框架如何与这些修正相符将很有趣。

不过,这是一个有趣的假设——而且可以通过在一年中的不同时间运行实验来轻松验证。

这篇论文只是为了解释超光速中微子而进行的众多尝试中的最新一篇。要了解过去几个月提出的更多解释,请查看我制作的时间线,其中跟踪了从一开始到现在的故事。

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当然,如果关于电缆松动的新报告是真的,那么所有这些论文可能都毫无意义。如果事实证明是这样,那将有点令人失望。我现在要保留判断,至少要等到“熟悉实验的消息来源”变得更具体一些。

随着故事的展开,我将更新上面的时间线。

更新:《自然》新闻博客现在发布了OPERA的官方声明,声明称他们“已发现两个可能显著影响报告结果的问题”——您可以在那里阅读完整声明。

更新 2月23日:OPERA实验发布了官方声明。以下是完整内容

OPERA合作组织已告知其资助机构和主办实验室,它已发现两个可能对其中微子定时测量产生影响的潜在因素。这两者都需要使用短脉冲束进行进一步测试。如果得到证实,其中一个因素会增加测量效果的大小,另一个因素会减小测量效果的大小。第一个潜在因素涉及用于为GPS同步提供时间戳的振荡器。它可能导致高估了中微子的飞行时间。第二个因素涉及将外部GPS信号带到OPERA主时钟的光纤连接器,该连接器在进行测量时可能没有正常工作。如果是这种情况,则可能导致低估了中微子的飞行时间。OPERA合作组织正在研究这两个因素的潜在程度。计划在五月份使用短脉冲束进行新的测量。

因此,存在一根(可能)有故障的电缆,这可能导致低估了中微子到达格兰萨索所需的时间,从而导致高估了它们的速度。但还存在另一个故障,可能导致低估了速度。看来我们必须等待五月份的新测量结果,才能了解这些故障分别在多大程度上导致了中微子的提前到达,以及它们是否可以累加到60纳秒以完全解释该结果。

Kelly Oakes has a master's degree in science communication and a degree in physics, both from Imperial College London. She started this blog so she could share some amazing stories about space, astrophysics, particle physics and more with other people, and partly so she could explore those stories herself.

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