Neutrinoer bevæger sig hurtigere end lyset – igen

I september stod det internationale forskermiljø på hovedet, fordi en universel sandhed var blevet udfordret: At lyset er det hurtigste, der findes.

En italiensk forskergruppe, OPERA, mente at have vist, at neutrinoer kan bevæge sig hurtigere end lyset, og deres resultater var så opsigtsvækkende, at de blev offentliggjort i det anerkendte tidsskrift Nature. Forsøget var udført med meget stor præcision og var derfor svært at affeje, som man tidligere havde gjort det med et lignende forsøg fra en amerikansk forskergruppe. Deres forsøg viste det samme som Operas, men var behæftet med betydeligt større usikkerhed.

Selvom Operas eksperiment var udført i større detalje, var der dog alligevel kritikere, som mente, at de lange bundter af neutrinoer i eksperimentet kan have udgjort en fejl i forsøget.

Nu har OPERA gentaget forsøget med meget kortere bundter af neutrinoer – og opnået samme resultat som sidst. De nye resultater er ikke blevet fagfællebedømt endnu, men de er indstillet til det videnskabelige tidsskrift ’Journal of High Energy Physics’. Det skriver BBC.

»OPERA har nu undersøgt et af de helt store og afgørende kritikpunkter, nemlig om formen og længden af protonbundtet er et problem. Jeg er ret imponeret over, at de på så kort tid har formået at lave denne lettere vanskelige undersøgelse,« skriver lektor Steen H. Hansen fra Dark Cosmology Centre på Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet til Videnskab.dk i en mail.

Selvom forskergruppen nu har kunnet affeje dette kritikpunkt, er der dog stadig flere uafklarede punkter, som Opera nu må arbejde på de næste par måneder, understreger Steen H. Hansen.

Udfordrer Einsteins Relativitetsteori

Resultaterne fra september vakte temmelig stor opsigt, fordi det indtil nu har været en uomstridelig kendsgerning, at intet i universet kan bevæge sig hurtigere end lys. Lysets hastighed er den faktor, som ifølge Einsteins Relativitetsteori sætter rammerne for, hvordan alt andet opfører sig i universet.

Begge forsøg er udført af den italienske forskergruppe OPERA ved Gran Sasso National Laboratoriet i Italien under ledelse af fysikeren Antonio Ereditato. Det europæiske partikelforskningscenter CERN har leveret neutrinoerne. Centret skød en stråle af neutrinoer af sted gennem undergrunden til Gran Sasso-laboratoriet 730 kilometer væk.

Forskerne målte, at neutrinoerne ankom 60,7 nanosekunder hurtigere, end lys bruger på at tilbagelægge den samme afstand i vakuum.

Der var dog stor enighed om, at forsøgets resultater skulle verificeres adskillige gange af flere forskellige uafhængige kilder, før man helt kunne godtage, at lysets hastighed var blevet overhalet.

Nye resultater udelukker fejl fra sidst

Nu har den italienske forskergruppe selv gjort det første forsøg på at gentage forsøget med færre mulige fejlkilder. De kørte forsøget med de nye, kortere bundter af neutrinoer, hvor neutrinoer nåede frem 20 gange, og nåede frem til samme resultat som sidst - at neutrinoerne kunne overhale lyset med ca. 60 nanosekunder. De kortere bundter af neutrinoer var kun en meter lange, hvilket svarer til den distance lyset kan tilbagelægge på tre nanosekunder, og blev også produceret på CERN.

Forskergruppen er meget opmærksom på, at der er flere potentielle fejlkilder, men mener at have fjernet en af de største nu.

»Dette styrker vores tidligere resultater og udelukker nogle systematiske fejl fra sidst, som i princippet kunne have påvirket forsøget,« siger professor Antonio Ereditato fra the Opera Collaboration til BBC.

To store fejlkilder eksisterer fortsat

Ifølge Steen H. Hansen er der fortsat to store potentielle fejlkilder i Opera's eksperiment:

1. Hvor godt forskerne egentlig kender deres eget system: Fra informationen om, at neutrinoerne har ramt, går fra detektoren, og til den dukker op i systemet, kan der være bittesmå forsinkelser. Samtidig er der bittesmå fluktuationer internt i systemet, som kan have betydning, når man er nede i så små tidsperioder.
   
2. Om forskergruppen virkelig forstår problemet med 'samtidighedsbegrebet': Samtidighedsbegrebet - når man taler om, at noget sker NU - er et andet, når man bruger GPS-satellitter, som forskerne i forsøget har gjort, i forhold til hvis to mennesker med fuldstændigt synkroniserede ure sidder ved siden af hinanden. Det skyldes, at der er en minimal forsinkelse i kommunikationen fra satellitten til Jorden.

Forskergruppen mener selv at have fuldstændig kontrol over systemet og samtidighedsbegrebet, og de mener også at have medregnet samtlige små interne fluktuationer. Det er dog svært at fastslå, om de virkelig har det, før andre systemer er nået frem til samme resultat, mener Steen H. Hansen.

»Jeg ville gerne se et uafhængigt eksperiment med andre systemer og andre interne spredninger, som viste de samme resultater. I deres videnskabelige artikel har forskergruppen en liste over forskellige forsinkelser inde i systemet, hvor en af dem for eksempel er på netop 60 nanosekunder - hvis der bare er én fejl, så kan hele effekten ligge der.«

Flere uafhængige forskergrupper planlægger allerede at gentage systemet, men det kommer til at tage tid og kræfter, fortæller Steen H. Hansen.

Uafhængige forsøg er på vej

Der foreligger blandt andet et forslag til at imødekomme problemet med ’samtidighedsbegrebet’ ved at transportere uret i den ene ende af eksperimentet lynhurtigt med helikopter til den anden ende – i dette tilfælde CERN.
I Opera’s eksperimenter er urene i begge ender konstant blevet synkroniseret ved hjælp af GPS-satellitter, men hvis man bringe de to ure i samme rum, ville man kunne tjekke, om de virkelig var hundrede procent synkroniserede.

»Det lyder lidt som en ’Mission Impossible’, men det ville uden tvivl være federe, hvis man kunne have de to ure i samme rum,« siger Steen H. Hansen, som selv foreslår, at man gentager forsøget dybt inde i Kaukasus’ bjerge, hvor der allerede er boret et dybt hul og tidligere foretaget neutrino-eksperimenter.

Desuden ville der også være en ide i at gentage forsøget, hvor neutrinoerne blev kastet en anden retning end sidst, mener han.

»Sidst kastede man dem fra nord mod syd, men hvis man nu for eksempel kastede dem stik øst, kunne det tænkes, at det ville have en betydning for GPS’ernes målinger. Fordelen ved at udføre forsøget i Kaukasus’ bjerge ville være, at de ligger i øst.«

Usandsynlige resultater, mener dansk lektor

Lektor Steen H. Hansen fra Niels Bohr Institutet har i det hele taget ikke stor tiltro til, at Opera’s resultater er rigtige.

»Det strider meget imod de resultater, man har fra tidligere observationer af neutrinoer i supernovaer – pludselig skulle én slags neutrino bevæge sig væsentligt hurtigere eller anderledes i det hele taget end de andre. Det har jeg svært ved at
tro på.«