En av høstens store forskningsnyheter har vært at nøytrioner er målt med hastigheter høyere enn lyset. Hvis dette stemmer snur det opp ned på det vi vet om fysikk og universet i dag. Men kan nøytrinoer gå fortere enn lysets hastighet? Det er i strid med mange tidligere studier og fysikere ved OPERA-eksperimentet som har gjort nøytrino-målingene er selv skeptiske og har bedt andre fysikere om hjelp til å løse dette mysteriet.
CERN sender nøytrinoer til Grand Sasso
OPERA-eksperimentet (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) er del av CNGS-prosjektet (CERN neutrinos to Grand Sasso), hvor en nøytrinostråle, produsert ved SPS-akseleratoren ved CERN i Sveits, blir sent 730 km til Grand Sasso i Italia under bakken. I Grand Sasso har de så målt at nøytrinoene ankommer 60 nanosekunder fortere enn hva de hadde gjort hvis de gikk med lysets hastighet i vakuum.
Dette overraskende resultatet resulterte i en serie med studier og tester av målesystemet, blant annet med avanserte GPS-systemer og atomklokker. Likevel er presisjonen på målingene forbausende god, rundt 20 cm over 730 km for avstanden og cirka 10 nanosekunder for tiden nøytrinoene har brukt på flyturen. De har også observert denne effekten i over 16.000 hendelser. Etter å ha sjekket ut alle mulige feilkilder bestemte de seg for å publisere resultatet i september for å få hjelp og inspirasjon utenifra.
Artikkelen fortsetter under illustrasjonen.
Et diagram av CNGS-prosjektet som viser hvordan nøytrinoene blir skutt gjennom jorden fra SPS-akseleratoren ved CERN-laboratoriet i Sveits til Grand Sasso National Laboratory i Italia, 730 km unna.
Konstruktiv kritikk
Verdens fysikere har kastet seg på utfordringen. Det har i de siste månedene blitt offentliggjort en rekke forslag til forbedringer av eksperimentet og i tillegg har det kommet mange nye forslag til hva som kan ha skjedd.
En av teoriene som har blitt presentert er fra Cohen og Glashow. De forteller at hvis nøytrinoer går raskere enn lyset så må de avgi energi på veien i form av elektron-positron-par og komme fram med lavere energi enn den de startet med. Dette ligner på kjente fenomener som når et fly bryter lydmuren og produserer et smell, eller når en partikkel går fortere enn lyset i et medium og produserer lys (Cherenkov-stråling).
Artikkelen fortsetter under bildet.
SPS-akseleratoren på CERN. I tillegg til å levere protoner til LHC sender denne akseleratoren nøytrinoer til Grand Sasso Laboratoriet.
ICARUS-eksperimentet, som også studerer den samme nøytrinostrålen fra CERN som OPERA, har tilbakevist denne muligheten og offentliggjorde i oktober målinger som viser at det ikke oppstår noe tap av energi.
En annen type kritikk er knyttet til usikkerheten til målingene. OPERA-kollaborasjonen har i den siste tiden sjekket flere tips og presenterte de nye resultatene i slutten av november. En av de viktigste nye eksperimentene var å måle veldig korte nøytrinopulser fra CERN. Det overraskende er at alle disse nye målingene bekrefter det opprinnelige eksperimentet.
Nye målinger fra andre eksperimenter
Med resultater og teorier fra flere hold som både bekrefter og avkrefter målingene gjort av OPERA-eksperimentet har man ikke kommet noe nærmere en løsning på årets store fysikkmysterie. Det neste store gjennombruddet kan komme ved at man foretar en uavhengig måling ved et annet laboratorium. En av de aktuelle kandidatene for dette er MINOS-eksperimentet (Main Injector Neutrino Oscillation Search) ved Fermilab nær Chicago i USA.
Artikkelen fortsetter under bildet.
Det skapte stor interesse da resultatene fra OPERA ble offentligjort i et seminar på CERN.
Allerede i 2007 rapporterte MINOS-kollaborasjonen de så 3 GeV nøytrinoer som kom tidligere enn forventet, det vil si med hastighet høyere enn lyset. Siden det var stor usikkerhet i målingene ble resultatene lagt på is. Nå ser de igjennom målingene på nytt og samtidig forbereder de nye eksperimenter som kanskje kan kaste lys på dette fenomenet.
Hva om det stemmer?
Det største problemet med OPERAs målinger er likevel resultater fra astrofysikk. Spesielt et studie av en supernova som heter SN1987a. Hvis målingene fra OPERA stemmer så burde disse nøytrinoene kommet til oss årevis før lyset fra den eksploderende stjernen. I stedet kommer både lyset og nøytrinoene i løpet av et par timer.
Uansett om resultatene fra OPERA er riktige eller gale, er dette spennende tider for oss fysikere. Vi kan ta del i en åpen og unik diskusjon om mulig ny fysikk og hvordan man best kontrollerer og tolker nye fysikkresultater, og vi kan kanskje i løpet av den nærmeste framtid få se nye spennende eksperimentelle målinger.