Ранее в этом году международная команда ученых объявила, что они обнаружили нейтрино - крошечные частицы с одинаково крошечной, но ненулевой массой - движущиеся быстрее скорости света. Одним из физиков, который ответил на звонок, был доктор Раманат Каусик. Он обнаружил потенциально фатальный недостаток в эксперименте, который бросил вызов существованию более быстрых, чем легкие нейтрино.
Сверхсветовые (быстрее, чем свет) нейтрино были результатом эксперимента OPERA, сотрудничества между физической лабораторией CERN в Женеве, Швейцария, и Лабораторией Nazionali del Gran Sasso в Гран Сассо, Италия.
Эксперимент рассчитал время нейтрино, когда они прошли 730 километров (около 450 миль) через Землю от своей исходной точки в ЦЕРНе до детектора в Гран Сассо. Команда была потрясена, обнаружив, что нейтрино достигли Гран Сассо на 60 наносекунд раньше, чем если бы они путешествовали со скоростью света в вакууме. Короче говоря, они оказались сверхсветовыми.
Этот результат создал либо проблему для физики, либо прорыв. Согласно теории относительности Эйнштейна, любая частица с массой может приблизиться к скорости света, но не может достичь ее. Поскольку нейтрино имеют массу, сверхсветовые нейтрино не должны существовать. Но, так или иначе, они сделали.
Но Коусик поставил под сомнение генезис нейтрино. Эксперименты OPERA генерировали нейтрино, бросая протоны в неподвижную мишень. Это произвело импульс пионов, нестабильных частиц, которые были магнитно сфокусированы в туннеле, где они распались на нейтрино и мюоны (еще одна крошечная элементарная частица). Мюоны никогда не шли дальше туннеля, но нейтрино, которые могут проскользнуть сквозь материю, как призрак проходит сквозь стену, продолжали идти к Гран Сассо.
Cowsik's и его команда внимательно посмотрели на этот первый шаг эксперимента OPERA. Они исследовали, будут ли «распады пионов генерировать сверхсветовые нейтрино при условии сохранения энергии и импульса», сказал он. У нейтрино OPERA было много энергии, но очень мало массы, поэтому вопрос состоял в том, могут ли они действительно двигаться быстрее света.
Что обнаружил Коусик и его команда, так это то, что если нейтрино, образованные в результате распада пиона, движутся быстрее света, время жизни пиона увеличивается, и каждое нейтрино будет нести меньшую долю энергии, которую оно делит с мюоном. В современных рамках физики сверхсветовые нейтрино было бы очень трудно получить. «Более того, - объясняет Коусик, - эти трудности будут только увеличиваться с увеличением энергии пионов.
Существует экспериментальная проверка теоретического заключения Коусика. Метод получения нейтрино в ЦЕРНе естественным образом дублируется, когда космические лучи попадают в атмосферу Земли. Обсерватория под названием IceCube создана для наблюдения за этими естественными нейтрино в Антарктике; поскольку нейтрино сталкиваются с другими частицами, они генерируют мюоны, которые оставляют следы световых вспышек, когда они проходят через кусок прозрачного льда толщиной почти 2,5 километра (1,5 мили).
IceCube обнаружил нейтрино с энергией в 10000 раз больше, чем любой, генерируемый в рамках эксперимента OPERA, что заставило Cowsik сделать вывод, что их родительские пионы должны иметь соответственно высокие уровни энергии. Расчеты его команды, основанные на законах сохранения энергии и импульса, показали, что время жизни этих пионов должно быть слишком большим, чтобы они распались в сверхсветовые нейтрино.
Как объясняет Коусик, обнаружение в IceCube нейтрино высоких энергий свидетельствует о том, что пионы действительно распадаются в соответствии со стандартными представлениями физики, но нейтрино будут приближаться только к скорости света; они никогда не превысят его.
Источник: Пионы не хотят разлагаться быстрее световых нейтрино
