比光跑得還快的中微子?本月早些時候意大利研究人員報告的這個消息一旦驗證,愛因斯坦的相對論乃至整個現代物理的基石都將遭到嚴峻挑戰。
然而,對這一“顛覆性發現”,包括英國著名物理學家史蒂芬·霍金、諾貝爾物理學獎得主丁肇中等在內的多數科學家持謹慎懷疑態度。一些科學家認為,相關研究出現了誤差或計算錯誤,也有人認為可能忽略了某些因素。
“超光速”源于計算錯誤?
所謂中微子,是指一種不帶電的基本粒子。它具有最強的穿透力,可以像“幽靈”一樣穿透任何物質。由于中微子難以捕捉和探測,因而也被稱為宇宙的“隱身人”。它是目前科學界了解最晚、最少的基本粒子。
英國《自然》雜志9月22日報道說,意大利格蘭薩索國家實驗室下屬的一個名為“OPERA”的實驗裝置接收了來自著名的歐洲核子研究中心的中微子,兩地相距730公里,中微子跑過這段距離的時間比光速還快了60納秒(1納秒等于10億分之一秒)。
這個消息雖然引起轟動,但科學家透露,類似的現象并非首次出現。英國倫敦大學學院教授珍妮·托馬斯教授對英國《每日電訊報》說,在美國費米實驗室進行的國際合作項目“MINOS”實驗早在2007年就觀測到了類似的“中微子超光速”現象。
“當我聽到歐洲核子研究中心的實驗結果時,我的第一反應也是他們錯了,可能存在某些他們還沒有考慮到的事情,”托馬斯教授表示。托馬斯是“MINOS”項目的發言人,而“MINOS”是世界上少數幾個有能力重復歐洲本次實驗的地方之一。
托馬斯說,“MINOS”項目科學家幾年前觀測到類似現象時,認為可能是由于某些方面的誤差引起,而宣布本次研究結果的科學家應該認真細致地考慮了各種因素,但仍然可能存在他們還沒有考慮到的地方。她說,“MINOS”可能會在6個月內進行相關實驗,看能否驗證這一現象。
“難以發現的系統性錯誤”?
中微子超光速的消息引起學界震動,多數科學家對此發現表示懷疑,并認為歐洲核子研究中心的實驗可能出現了計算錯誤。英國著名物理學家霍金說:“目前對中微子發表評論言之過早,還須進行更多實驗及澄清工作。”
諾貝爾物理學獎得主、麻省理工學院教授丁肇中常年在歐洲核子研究中心從事磁譜儀數據分析工作。他對新華社記者說:“這是一個極其困難的實驗,只有經過很多不同的方法重復這個實驗,才能使人對這個實驗有信心。這種困難的實驗,外人很難看出和了解它的細節。”
諾貝爾物理學獎得主、得克薩斯大學奧斯汀分校理論物理學家史蒂芬·溫伯格對《科學美國人》說:“我還沒有看到任何科學文章描述這項工作。令我困擾的是——大量證據表明各種各樣的其他粒子的速度從未超越過光速,而觀測中微子極為困難。這就好比一些人說他家花園下面有小精靈而只能在霧蒙蒙的黑夜才能看到。”
德國電子同步加速器研究中心研究人員克里斯蒂安·施皮林說,發現超光速中微子的消息公布時,他正和大約100名中微子專家一同開會,“我的同事十分懷疑這一結論,畢竟相對論已在無數實驗中得到證實。”
施皮林解釋說,他并不是說相對論就一定對,“但我非常、非常、非常確信,測量數據里存在迄今尚未發現的系統性錯誤”。
一些物理學家甚至認為“OPERA”項目研究人員不應過早地公布測量數據,而是應該先自查疏漏,因為輕易公開不確鑿的數據可能損害物理學界的信用。
美國亞利桑那州立大學理論物理學家勞倫斯·克勞斯認為這是件“令人尷尬之事”。他說,提交一項有關無法解釋結果的論文并非不合理,“不過,在論文提交前就這項極不可能正確的結果舉行新聞發布會,對歐洲核子研究中心、對科學都很不幸。如果被證明是錯誤的,每個人都會失去信用。”
“本世紀物理學的革命”?
不過,如果中微子超光速現象最終得到驗證,整個物理學理論體系或許會因之重建。
美國威斯康星大學麥迪遜分銷中微子物理學家卡斯滕·黑格說:“我們很多人可以說都被震驚了。這是非同尋常的結果,如果結果正確的話,我們甚至不能想出其所有意義。我們所知和教育的現代物理都基于愛因斯坦的狹義和廣義相對論。如果意大利研究人員的成果是真實的,那么我認為這將是本世紀物理學的革命。”
對外界的種種爭議,歐洲核子研究中心中微子項目研究小組成員、日本名古屋大學副教授小松雅宏26日在為此召開的記者會上說,實驗的目的本來是為了測量中微子的質量,而不是中微子的速度,此次成果不過是一個副產品。
“如果因為(測量結果)與常識不一致,就不公布結果,不是研究人員應有的正確態度。”他說:“一直嘗試采取各種手段,想否定這一結果,但是最后無論如何都會有60納秒的時間差。”
同樣參加了研究小組的名古屋大學副教授中村光宏也表示,“一開始認為肯定是搞錯了”,因此他們從今年3月開始約半年時間里,重復進行了實驗。他說:“思考相對論時,確實應該如臨深淵,不過也有讓人糾結的地方,但是我相信此次成果是正確的。”
宇宙中微子是來自太空的亞原子粒子,由于其極難探測,以至于需要公里級探測器才能發現它們。近日,位于南極的巨型中微子探測器冰立方的物理學家報告稱,這些幾乎無法探測到的粒子的能量譜存在一個“扭結”,它可以幫......
據《物理評論快報》10日報道,英國牛津大學牽頭的科學家團隊首次觀測到太陽中微子在地下探測器中觸發罕見核反應,使碳原子轉化為氮原子。長期以來,中微子因幾乎不與物質相互作用而難以被直接觀測,這次突破顯示科......
美國的NOvA實驗和日本的T2K實驗如今取得了對中微子行為的進一步認知。這項10月22日發表于《自然》的研究結果,增進了科學家對中微子振蕩這一過程的理解,有望用于探索宇宙中的正反物質不對稱。中微子是能......
位于美國的NOvA實驗(費米國家加速器實驗室主導的粒子物理項目)和日本的T2K實驗(日本主導的國際合作粒子物理學實驗),獲取了對中微子質量差異以及中微子-反中微子振蕩不對稱的更精確測量結果,推進了對中......
一個由美國、法國和加拿大科學家組成的國際研究團隊最近利用鈹衰變為鋰的實驗,測量了電子中微子的量子力學性質。結果顯示,一個電子中微子波包的空間范圍比普通原子核大得多。相關論文發表于12日出版的《自然》雜......
意大利科學家檢測到迄今發現的最高能宇宙中微子。其能量估計比此前檢測到的任何中微子高約30倍。這一結果由歐洲立方千米中微子望遠鏡(KM3NeT)合作項目報告,認為這些粒子來自銀河系之外,但其準確來源尚不......
歐洲立方千米中微子望遠鏡(KM3NeT)合作項目團隊在11日《自然》雜志上發表論文稱,他們檢測到了迄今能量最高的宇宙中微子,其能量估計比此前檢測到的任何中微子高約30倍。研究人員認為,這些粒子來自銀河......
伴隨人工智能的興起,人工智能的安全問題如影隨形。5月21日,歐盟理事會批準了世界首部對人工智能進行全面監管的法案《人工智能法案》。同一天,第二屆人工智能安全峰會在韓國首爾召開,包括OpenAI、微軟、......
近日,深圳技術大學教授阮雙琛、周滄濤團隊提出了基于超光速等離子體尾波場產生阿秒脈沖、亞周期相干光激波輻射的物理方案,并闡釋了一種由電子集體作用主導的全新相干輻射產生機制。研究成果發表于《物理評論快報》......
數百年來,科學家利用望遠鏡捕捉宇宙光子來進行天文觀測。今天,他們有了新的選擇。中微子有著如幽靈般極強的穿透力,可輕松逃逸極端、致密的宇宙和天體環境而不改變方向,有助于科學家揭曉劇烈天體過程背后的機制,......