Začiatkom tohto roka medzinárodný tím vedcov oznámil, že našli neutrína - malé častice s rovnako malou, ale nenulovou hmotnosťou - cestujúce rýchlejšie ako rýchlosť svetla. Jeden fyzik, ktorý odpovedal na výzvu, bol Dr. Ramanath Cowsik. V experimente našiel potenciálne fatálnu chybu, ktorá spochybnila existenciu rýchlejších ako ľahkých neutrín.
Superluminálne (rýchlejšie ako ľahké) neutrína boli výsledkom experimentu OPERA, spolupráce medzi fyzikálnym laboratóriom CERN v Ženeve vo Švajčiarsku a Laboratori Nazionali del Gran Sasso v Gran Sasso v Taliansku.
Experiment načasoval neutrína, keď cestovali 730 kilometrov (asi 450 míľ) Zemou od ich východiskového bodu k CERN k detektoru v Gran Sasso. Tím bol šokovaný zistením, že neutrína prišli k Gran Sasso o 60 nanosekúnd skôr, ako by mali, keby cestovali rýchlosťou svetla vo vákuu. Stručne povedané, zdalo sa, že sú superluminálne.
Tento výsledok vytvoril buď problém pre fyziku, alebo prielom. Podľa Einsteinovej teórie špeciálnej relativity sa akákoľvek častica s hmotnosťou môže priblížiť rýchlosti svetla, ale nemôže ju dosiahnuť. Pretože neutrína majú hmotnosť, superluminálne neutrína by nemali existovať. Ale nejako áno.
Ale Cowsik spochybnil vznik neutrína. Experimenty OPERA generovali neutrína buchnutím protónov do stacionárneho cieľa. Výsledkom bol pulz piónov, nestabilných častíc, ktoré boli magneticky zaostrené do tunela, kde sa rozpadli na neutrína a mióny (ďalšie malé elementárne častice). Miony nikdy nešli ďalej ako tunel, ale neutrína, ktoré môžu prešmykovať hmotou ako duch prechádza múrom, stále smerovali k Gran Sasso.
Cowsik's a jeho tím pozorne sledovali tento prvý krok experimentu OPERA. Skúmali, či „rozpady piónov by produkovali superluminálne neutrína, za predpokladu, že energia a hybnosť sú zachované,“ uviedol. Neutrína OPERA mali veľa energie, ale veľmi malú hmotnosť, takže otázkou bolo, či by sa mohli skutočne pohybovať rýchlejšie ako svetlo.
Cowsik a jeho tím zistili, že ak by neutrína vyprodukované pri rozpade piónov cestovali rýchlejšie ako svetlo, životnosť pionov by sa predĺžila a každý neutrín by niesol menšiu časť energie, ktorú zdieľa s miónom. V súčasnom fyzikálnom rámci by bolo superluminálne neutrína veľmi ťažké vyrobiť. „A čo viac,“ vysvetľuje Cowsik, „tieto ťažkosti by sa len zvyšovali so zvyšovaním energie piónov.
Experimentálna kontrola Cowsikovho teoretického záveru je experimentálna. Metóda výroby neutrín v CERNe sa prirodzene duplikuje, keď kozmické lúče dopadnú na zemskú atmosféru. Na pozorovanie týchto prirodzene sa vyskytujúcich neutrín v Antarktíde je zriadené observatórium IceCube; Keď sa neutrína zrazia s inými časticami, vytvárajú mióny, ktoré zanechávajú stopy svetelných zábleskov, keď prechádzajú cez číry blok ľadu s hrúbkou takmer 2,5 kilometra (1,5 míle).
IceCube detegoval neutrína s energiou 10 000-krát vyššou ako energia generovaná v rámci experimentu OPERA, čo Cowsik viedlo k záveru, že ich rodičovské pióny musia mať zodpovedajúcim spôsobom vysoké hladiny energie. Výpočty jeho tímu založené na zákonoch zachovania energie a hybnosti odhalili, že životnosť týchto piónov by mala byť príliš dlhá na to, aby sa rozpadli na superluminálne neutrína.
Ako Cowsik vysvetľuje, detekcia vysokoenergetických neutrín IceCube naznačuje, že piony sa rozpadajú podľa štandardných fyzikálnych predstáv, ale neutrína sa budú blížiť iba rýchlosti svetla; nikdy to nepresiahnu.
Zdroj: Pions sa nechcú rozpadnúť na rýchlejšie svetelné neutrína
