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引起轰动的中微子速度报告 冯诗齐/编译
奥蒂耶罗在解说有关中微子的发现
曾几何时，比光速跑得更快的东西还子虚乌有。 真要感谢互联网，就在9月16日，整个物理学界都看到了：法国里昂核物理研究所的达里奥·奥蒂耶罗(Dario Autiero)在一屋子满怀疑虑的物理学家面前，将全新的“速度精灵”，即幽暗的称为中微子的亚原子粒子放到了桌面上，描述了在一次最新的实验中，他测得的中微子的速度超过了光速——这个宇宙速度的极限是由阿尔伯特·爱因斯坦早在1905年在其相对论中确立的。 会不会有什么地方出错？ 据奥蒂耶罗的团队介绍，从位于日内瓦郊外欧洲核子中心（CERN）一台粒子加速器发出的中微子传到意大利格朗萨索地下的一个洞穴——其间的距离是454英里——其速度比光束快了大约60纳秒，相当于比光速快了百万分之25。 “由于系统的不确定性，我们目前还无法对所观测到的这种效应做出解释，”奥蒂耶罗博士对CERN的物理学家说，“可以确认的是，测量结果显示中微子的速度比光速更快。” 奥蒂耶罗的研究小组花了半年时间试图解释这一结果，但毫无进展。鉴于此事对整个物理学界关系重大，他认为对此结果做任何理论解释的尝试都是不合适的，“我们今天只是为大家展示了这种差异或异常。” 虽然这种所谓的差异看似十分细微，但在爱因斯坦描述的世界里，有关光速的再细微的错误都是不被允许的。然而，比光速更快的旅行，也会导致时空旅行的可能性。 相对论已经反反复复地被验证了一个世纪，而已故的天文学家卡尔·萨根(Carl Sagan)则喜欢说：非比寻常的结论要求有非比寻常的证据。“这完全是一场变革，”CERN理论物理学家阿尔瓦罗·狄魯朱拉(Alvaro de Rujula)说，“正确的态度是要问问自己，会不会是什么地方出了错。” 当诺贝尔奖获得者丁肇中(Samuel C. C. Ting)对此项工作作出了“做得很仔细”的评价后，一些在CERN工作的物理学家似乎很乐意成人之美，纷纷附和。他们询问了有关问题的细节，比如，科学家们是如何测定CERN和格朗萨索之间的距离，以致可以断言精度达到20厘米的？如何将GPS测量扩展到地下？他们是否已经考虑包括月球位置和地面潮汐涨落之间的影响? 在近代历史上，物理学和天文学曾经充斥着含有可疑数据的报告。在这些报告中与现有知识冲突的数据可能是新粒子，也可能是新行星——如果它们被证实的话，或许会改变我们思考这个世界的方式。但这些报告随后被更多的数据或严格的审查所淹没。大多数物理学家相信，相同的结果将随着这次的发现而陆续出现。流行的看法最好是用一部XKCD网络卡通来说明——在画中，一个角色解释说他的意图是要从新发现中获取丰厚的彩头。 中微子振荡实验项目(OPERA) 中微子仍然是宇宙的奥秘之一。它们几乎看不见，能顺利通过墙壁和穿透我们这颗行星，好似在移动拼图般的。在旅行中它们能从一种类型转变为另一种类型，这也是奥蒂耶罗和他的同事试图观察的一种效应。
奥蒂耶罗团队通过乳胶寻迹设备开展的中微子振荡实验项目(OPERA)，这是一个主要由来自日本和意大利等11个国家、160名物理学家共同合作的项目，其基地设在意大利格朗萨索实验室，这是一个建于地下的物理实验中心。 实验从CERN大楼内的氢气罐开始：罐中气体喷发出被剥离了电子的原子，直至成为赤裸裸的质子，然后通过一系列的粒子加速器以康尼岛风速发送，最终到达大型强子对撞机（LHC）的主环中。 在OPERA实验中，中间能量的某些质子被虹吸后以10微秒长脉冲撞向石墨靶标，产生一个更小的介子粒子脉冲。当介子衰变成中微子后，后者在格朗萨索方向的地球中消失。而在格朗萨索，到达的中微子则进入一个由铅砖构成的组合体并穿越感光乳胶。 从理论的角度看，在为时几毫秒的旅行期间，某些中微子会从多变的μ子中微子转变为τ中微子。OPERA实验的目标就是研究这种转换：在三年时间里，研究者们已经在他们的检测器中记录了约1.6万个中微子，但仅有一个τ中微子。 在OPERA实验中，测量中微子速度只是其期望的一个方面，OPERA项目负责人、伯尔尼大学的安东尼奥·伊瑞迪塔陶(Antonio Ereditato)说：“现在它已进入了主要议题，我们希望能看到一些τ中微子。” 希望之光是否向我们射来 以往，当科学家将论文或副本分发给周围人并写信给其他研究者时，事实上对引起争议的审查过程已悄然展开。但网络改变了这一切，当奥蒂耶罗在CERN侃侃而谈之时，由OPERA团队在互联网上发布的论文终止了传闻的鼓噪和博客的传播。尽管其中有一篇博客称其为“本世纪的谣言。” 包括CERN内外的一些物理学家对这一过程持批评态度，他们认为实验室对得出的过早结果投入了太多的关注，而这个团队甚至还不属于CERN。 普林斯顿高等研究院的粒子理论家尼玛·A-哈马德(Nima A-Hamed)在一封e-mail中说：“（我们）不需要新闻稿，甚至也不需要科学论文，只要求做更多的工作。他们声称希望由社会来审议他们的成果——不错，绕了一大圈来谈论这个问题是否表明他们可能已经成功了。” CERN总干事罗尔夫-D·霍耶尔(Rolf-D·Heuer)在一封发自西班牙的e-mail中说：“我赞成在CERN举行这个研讨会，因为类似CERN这样的实验室，其责任就是尽可能的给予合作，以便于对他们的发现作出审议。” 审议确实在进行。 一项较早对中微子速度的测量是由MINOS (主注入器中微子振荡搜寻)合作组织于2007年进行的。伦敦大学学院的詹尼·托马斯(Jenny Thomas )认为，MINOS实验将能在四到六个月内做出更多精准的测量。 “他们已经竭尽全力，”OPERA团队的托马斯说，“现在，当我们重复自己的实验时，希望之光正在向我们射来。” [资料来源：The New York Times][责任编辑：则 鸣] |
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