Začátkem tohoto roku mezinárodní tým vědců oznámil, že našli neutrina - malé částice se stejně malou, ale nenulovou hmotou - cestování rychleji než rychlost světla. Jeden fyzik, který na volání odpověděl, byl Dr. Ramanath Cowsik. V experimentu našel potenciálně fatální chybu, která zpochybnila existenci rychlejších než lehkých neutrin.
Superluminální (rychlejší než lehká) neutrin byla výsledkem experimentu OPERA, spolupráce mezi fyzikální laboratoří CERN v Ženevě ve Švýcarsku a Laboratori Nazionali del Gran Sasso v Gran Sasso v Itálii.
Experiment načasoval neutrina, když cestovali 730 kilometrů (asi 450 mil) Zemí od jejich počátečního bodu v CERNu k detektoru v Gran Sasso. Tým byl šokován, když zjistil, že neutrina dorazila na Gran Sasso 60 nanosekund dříve, než by měli, kdyby cestovali rychlostí světla ve vakuu. Zkrátka se zdálo, že jsou superluminální.
Tento výsledek vytvořil buď problém pro fyziku, nebo průlom. Podle Einsteinovy teorie speciální relativity se každá částice s hmotou může přiblížit rychlosti světla, ale nemůže ji dosáhnout. Protože neutrina mají hmotu, neměla by existovat superluminální neutrina. Ale nějak to udělali.
Ale Cowsik zpochybnil genezi neutrin. Experimenty OPERA generovaly neutrina úderem protonů do stacionárního cíle. Toto vytvořilo puls pionů, nestabilní částice, které byly magneticky zaostřeny do tunelu, kde se rozpadly na neutrin a miony (další drobné elementární částice). Miony nikdy nešly dál než tunel, ale neutrina, která mohou proklouznout hmotou jako duch projde zdí, stále pokračovala směrem k Gran Sasso.
Cowsik's a jeho tým pečlivě sledovali tento první krok experimentu OPERA. Zkoumali, zda „rozpady pionů povedou k vytvoření superluminálních neutrin, za předpokladu, že jsou zachována energie a hybnost,“ řekl. Neutrina OPERA měla hodně energie, ale jen velmi malou hmotnost, takže otázkou bylo, zda by se mohli opravdu pohybovat rychleji než světlo.
Co Cowsik a jeho tým našli, bylo to, že kdyby neutrina produkovaná pionovým úpadkem cestovala rychleji než světlo, životnost pionu by se prodloužila a každý neutrino by nesl menší zlomek energie, kterou sdílí s muonem. V současném rámci fyziky by bylo superluminální neutrinos velmi obtížné vyrobit. "A co víc," vysvětluje Cowsik, "tyto potíže by se jen zvyšovaly se zvyšováním energie pionů."
Experimentální kontrola Cowsikova teoretického závěru je experimentální. Metoda CERN při výrobě neutrin je přirozeně duplikována, když kosmické paprsky zasáhnou zemskou atmosféru. Pro pozorování těchto přirozeně se vyskytujících neutrin v Antarktidě je zřízena observatoř IceCube; jak neutrinos se srazí s jinými částicemi, vytvářejí miony, které zanechávají stopy světelných záblesků, když procházejí blokem čistého ledu o tloušťce téměř 2,5 km (1,5 míle).
IceCube detekoval neutrina s energií 10 000krát vyšší než jakákoli jiná generovaná jako součást experimentu OPERA, což Cowsik vedlo k závěru, že jejich mateřské piony musí mít odpovídající vysoké energetické hladiny. Výpočty jeho týmu založené na zákonech zachování energie a hybnosti odhalily, že životnost těchto pionů by měla být příliš dlouhá na to, aby se rozpadly na superluminální neutrina.
Jak Cowsik vysvětluje, IceCubeova detekce vysokoenergetických neutrin je naznačující, že piony se rozkládají podle standardních představ o fyzice, ale neutrina se blíží pouze rychlosti světla; nikdy to nepřekročí.
Zdroj: Pions se nechtějí rozpadat na rychlejší světlo Neutrinos
