Одиозные частицы решительно отказываются примириться с современной наукой, и наносят еще один удар. На этот раз частица-призрак замахнулись на самое святое – на закон сохранения энергии. Неужели здание физики опять колеблется в самых основах, — как и в сентябре прошлого года, когда под вопросом оказалась специальная теория относительности Эйнштейна? И это снова значит, что либо заявления о сверхбыстрых нейтрино ложны, либо нам нужна новая физика, которая сможет объяснить их существование.

Джоулю и не снилось, как легкомысленно мы будем обращаться с законом сохранения энергии

Джеймс Прескотт Джоуль; его именем названа единица энергии

Но по порядку. В сентябре ученые, работающие над экспериментом OPERA в Гран Сассо в Италии, сообщили, что нейтрино по-видимому, прилетели к ним из ЦЕРНа, который расположен около Женевы в Швейцарии, двигаясь быстрее скорости света. Это заявление угрожает пробить брешь в здании современной физики, — и в особенности в эйнштейновской специальной теории относительности, которая принимает скорость света за универсальную константу, абсолютный предел скоростей для любых частиц во Вселенной.

А теперь группа ученых, включая Шмуэля Нуссинова из Тель-авивского Университета в Израиле, утверждает, что сверхсветовые нейтрино к тому же нарушают и закон сохранения энергии. «Это настолько священный принцип, который таки был проверен столькими способами», — отмечает Нуссинов.

Сверхбыстрые нейтрино рождаются в ускорителе элементарных частиц в ЦЕРНе, когда протоны на околосветовой скорости врезаются в стационарную мишень, производя целый поток нестабильных частиц, так называемых пионов. Каждый пион быстро распадается на нейтрино и более тяжелую частицу – мюон. Названия пионов и мюонов соответствует их обозначению греческими буквами пи и мю.

Мюоны останавливаются в конце тоннеля, но нейтрино, которые просвистывают через вещество практически без задержки, продолжают свое движение 730 км сквозь толщу Земли вплоть до детекторов эксперимента OPERA.

И вот, по-видимому, они обогнали свет на 60 наносекунд. Но ученые утверждают, что если бы справедлив был закон сохранения энергии, то есть мюон и нейтрино вместе обладают такой же энергией, как пион, из которого они образовались, — то нейтрино не могли бы двигаться так быстро.

Происходит это по их объяснению из-за того, что правила передачи энергии от распадающихся частиц к результирующим по-иному прилагаются к медленным частицам, нежели к частицам, движущимся со скоростью, близкой к скорости света. И если бы нейтрино с самого начала двигались со сверхсветовой скоростью, то их более медленные братья мюоны должны были бы получить львиную долю энергии, унаследованной от родительского пиона.

«Это как очень богатый папик, у которого два сына, из которых один следует правилам и хочет продолжать бизнес своего отца, а на второго все смотрят, как на паршивую овцу», говорит Нуссинов. «Папик завещает все хорошему сыночку, а другому буквально ничего не достанется».

В докладе научной группы утверждается, что энергия пионов, летящих из ЦЕРНа, в 10 раз меньше, чем нужно для того, чтобы нейтрино набрали скорость, заявленную в эксперименте.

Но не могли бы нейтрино начать с небольших скоростей, таким образом «наследуя» больший процент энергии, а затем ускориться каким-либо образом? Это возможно, но Нуссинов утверждает, что это маловероятно, так как нейтрино обычно вообще ни с чем не взаимодействуют, из-за чего сложно понять, что могло бы их ускорить.

Такое неравное наследование энергии становится еще более явным, если у папика-пиона будет больше энергии. Чем больше энергии у пиона, тем большую часть он отдаст мюону. Подобное явление может наблюдаться для атмосферных пионов, порождаемых космическими лучами, поглощенными в атмосфере. Энергия атмосферных пионов в 100-1000 раз больше, чем у ЦЕРНовских, соответственно и порождаемые ими мюон и нейтрино тоже более энергичные.

Если нейтрино действительно могут обогнать свет, как показывает эксперимент OPERA, то атмосферные пионы должны полностью распадаться в мюоны. Но сокращение возможных путей распада приводит к уменьшению частоты распадов, и по расчетам группы Нуссинова пионы не будут успевать распадаться в атмосфере. Вместо этого они должны были бы втыкаться прямо в земную поверхность, в результате чего мы не наблюдали бы вообще никаких высокоэнергетичных мюонов или нейтрино.

Но они наблюдаются! Миллиарды мюонов, да и высокоэнергетичные нейтрино тоже. Нуссинов подчеркивает это противоречие, добавляя еще одну строку в список теоретических аргументов против сверхсветовых нейтрино. Кстати, один из наиболее популярных среди этих аргументов состоит в том, что если бы даже нейтрино и удалось превысить скорость света, они должны были бы очень скоро потерять свою энергию и замедлиться. «Мы говорим, что такие аномальные высокоэнергетические нейтрино не могут родиться; а другие ученые добавляют, что если бы они и родились, то скоро померли бы», — констатирует Нуссинов.

Оба эти аргумента достаточно неприятны, соглашается сотрудник OPERA Лука Станко (Luca Stanco) из National Institute of Nuclear Physics в Италии, который так и не подписал оригинал доклада о сверхсветовых нейтрино, так как считал его преждевременным. «В результате, мы все можем понять, почему физическое сообщество (и я сам в частности) до сих пор пребывает в растерянности по поводу измерений на OPERA: они не соответствуют ни одной из моделей, известных современной физике, — говорит он. – Нам срочно необходимо независимое подтверждение экспериментов OPERA».

В этом направлении, к счастью, наметились определенные сдвиги: японская нейтринная установка, пострадавшая от недавнего землетрясения, уже приведена в порядок .

Если эксперимент будет подтвержден, единственным выходом будет отменить все правила и законы, поясняет Нуссинов. «Я был бы счастлив, если бы результат оказался правильным, но это просто противоречит основам, самым основам, — говорит он. – Единственным выходом будет предположить, ну, скажем, что может быть, они на пути перескакивают в другие измерения – или что-то подобное».

В качестве комментария отметим здесь еще одно, кажется, незамеченное учеными парадоксальное следствие из их расчетов. Сами нейтрино были введены в систему современной физики элементарных частиц ради соблюдения закона сохранения энергии при бета-распаде. И вот теперь, они же оказывается, этот закон и нарушают. Итак, если эксперимент подтвердится, то не проще ли будет вообще отказаться от самой идеи нейтрино? А для объяснения бета-распада придумать что-нибудь новенькое? Почти ни с чем не взаимодействующая частица, у которой неизвестно, есть ли масса, — не такая уж большая потеря в сравнении со специальной теорией относительности, которая подтверждена миллионами ежедневных применений GPS.

Источник: Physical Review Letters, DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.251801

GD Star Rating
loading...
Сверхсветовые нейтрино продолжают нарушать законы физики, 10.0 out of 10 based on 1 rating

Добавить комментарий