На початку цього року міжнародна команда вчених оголосила, що знайшла нейтрино - крихітні частинки з однаково крихітною, але ненульовою масою - подорожуючи швидше, ніж швидкість світла. Одним фізиком, який відповів на дзвінок, був доктор Раманат Коусик. Він виявив потенційно фатальний недолік в експерименті, який кидає виклик існуванню швидше, ніж легкі нейтрино.
Надсвітні нейтрино (швидше, ніж світло) були результатом експерименту OPERA, співпраці між фізичною лабораторією CERN у Женеві, Швейцарія, та лабораторією Nazionali del Gran Sasso, Гран Сассо, Італія.
Експеримент приуротив нейтрино, коли вони проїхали 730 кілометрів (приблизно 450 миль) через Землю від точки їх виникнення в ЦЕРН до детектора в Гран Сассо. Команда була шокована тим, що нейтрино прибуло на Гран Сассо на 60 наносекунд швидше, ніж це було б, якби вони їхали зі швидкістю світла у вакуумі. Коротше кажучи, вони видалися надсвітніми.
Цей результат створив або проблему для фізики, або прорив. Відповідно до теорії особливої відносності Ейнштейна, будь-яка частинка з масою може наближатися до швидкості світла, але не може її досягти. Оскільки нейтрино має масу, надсвітніх нейтрино не повинно існувати. Але, якось, вони це зробили.
Але Коусик поставив під сумнів генезис нейтрино. Експерименти OPERA генерували нейтрино, забиваючи протони в нерухому ціль. Це дало імпульс піонів, нестабільних частинок, які магнітно фокусувались у тунелі, де вони розпадалися на нейтрино та мюони (ще одну крихітну елементарну частинку). Мюони ніколи не йшли далі, ніж тунель, але нейтрино, яке може ковзати через матерію, як привид проходить крізь стіну, продовжувало йти до Гран Сассо.
Коусік та його команда уважно придивились до цього першого кроку експерименту OPERA. Вони досліджували, чи "розпад піонів буде виробляти надсвітні нейтрино, припускаючи збереження енергії та імпульсу", - сказав він. У нейтрино OPERA було багато енергії, але дуже мало маси, тому питання полягало в тому, чи дійсно вони можуть рухатися швидше, ніж світло.
Коусік та його команда виявили, що якщо нейтрино, що утворюється в результаті розпаду піонів, рухається швидше, ніж світло, життя піону буде збільшуватися довше, і кожне нейтрино буде нести меншу частку енергії, яку він ділить з мюоном. У сучасних рамках фізики надсвітні нейтрино було б дуже важко продукувати. «Більше того, - пояснює Коусік, - ці труднощі збільшуватимуться лише у міру збільшення енергії піонів.
Існує експериментальна перевірка теоретичного висновку Коусіка. Метод CERN отримання нейтрино дублюється природним чином, коли космічні промені потрапляють в атмосферу Землі. Для спостереження за цими природними нейтрино в Антарктиді створена обсерваторія під назвою IceCube; Коли нейтрино стикаються з іншими частинками, вони генерують мюони, які залишають сліди спалахів світла, проходячи через майже 2,5 кілометровий (1,5 милі) товстий блок прозорого льоду.
IceCube виявив нейтрино з енергією в 10 000 разів більшим, ніж будь-який, що генерується в рамках експерименту OPERA, що змусило Коусика зробити висновок, що їхні батьківські піони повинні мати відповідно високий рівень енергії. Підрахунки його команди, засновані на законах збереження енергії та імпульсу, показали, що життя цих піонів повинно бути занадто довгим, щоб вони могли розпастись у надсвітні нейтрино.
Як пояснює Коусік, виявлення IceCube високоенергетичних нейтрино свідчить про те, що піони розпадаються за стандартними уявленнями фізики, але нейтрино наближається лише до швидкості світла; вони його ніколи не перевищують.
Джерело: Піони не хочуть занепадати, щоб швидше утворити нейтралі світла
