OPERA målte partikler som gikk raskere enn lysets hastighet

[-trygve]

...

 

En fin oppsummering av situatsjonen, sjøløve Men jeg er ikke enig i at vi må vente til 2014 med å få mer nyheter, selv om det antakelig først er da resultatet eventuelt kan bekreftes. For det første må vi regne med at teoretikerene kommer til å foreslå en hel rekke modeller - både med brudd på lyshastigheten og med mulighet for snarveier - som kan forklare dette resultatet. Dessuten vil vi forhåpentligvis også se noen gode forslag til hvordan OPERA kan forbedre analysen sin, og kanskje ta knekken på sitt eget resultat.

 

Redigert:

Og der er vi i gang allerede: http://arxiv.org/abs/1109.5172

Endret 26. september 2011 av -trygve

[robertaas]

Jeg leste en gang om det og jeg tolket det som at man ikke kan akselrere ett partikkel som allerede er i fart over lyshastigheten, ikke at ett partikkel ikke kan reise over lyshastigheten i det hele tatt.

Tachyoner eller partikler som går raskere enn lysets hastighet er et ganske gammelt og gjennomdiskutert emne innen fysikken. Det nye er at dette muligens er observert.

http://en.wikipedia.org/wiki/Tachyon

 

At informasjon kan sendes over lysets hastighet er heller ikke nytt. Om jeg husker riktig demonstrerte man dette allerede på 90-tallet med tunneleffekten.

[Left Blank]

Jeg har ikke funnet noe nytt om dette siden i forigårs, har noen andre?

Det er ikke noe nytt om dette siden i forgårs.

 

Det som skal skje videre nå er at et forskerteam i USA skal gjenta eksperimentet, og det samme skal et forskerteam i Japan. Det er først hvis begge disse andre teamene også kommer fram til tilsvarende resultat at resultatet vil bli regnet som noe vitenskaplig holdbart.

 

Hvis det viser seg at begge disse andre teamene faktisk får tilsvarende resultat, først da blir det nødvendig å se på det teoretiske, om det er mulig å forklare det. F.eks enten med en modifisert energiligning eller en helt ny teori om partikler med svært liten masse.

 

Einsteins ligninger blir nemlig neppe kastet på bålet, selv om de ikke gjelder for dette tilfellet, for de stemmer så bra på andre områder. Man kan sammenligne med da Einsteins relativitetsteorier ble lansert og verifisert eksperimentelt, disse erstattet ikke Newtons gravitasjonsfysikk, de kom bare i tillegg.

 

Da NASA reiste til månen på 60- og 70-tallet brukte man Newtons fysikk for å beregne banene for romskipene, for det var nøyaktig nok. Men for å treffe Mars med sonder og romskip må man bruke Einsteins ligninger for å ha sjangs til å treffe godt nok. Og GPS-systemet ville vært ubrukelig uten at man brukte Einsteins ligninger for krumming av romtid, uten disse beregningene i bunn ville systemet hatt en feilvisning på ca 11 km per døgn.

 

Allerede nå vet man at Einsteins fysikk ikke er forklaringen for alt, for energiligningene kan ikke brukes for det som skjer inne i atomene (der må man trø til kvantemekanikk) og heller ikke for det som skjer i sentrum av sorte hull (der ser det ut til å fungere med Hawkings fysikk). Hvis OPERA-resultatet blir bekreftet av de andre to teamene, så kan kanskje konklusjonen bli at Einsteins energiligning heller ikke gjelder for nøytrinoer, og at det utvikles en egen teori og en egen fysikk for disse.

 

Men det vil antagelig ta flere år før resultatene fra de andre to teamene er klare, OPERAteamet brukte noen år på å forberede sitt eksperiment og selve eksperimentet har blitt gjentatt over 15000 ganger i løpet av de siste tre årene. Med flere rekalibreringer underveis, for å sjekke at de ikke har gjort en eller tåpelig målefeil.

 

Derfor har du ikke hørt noe nytt siden i forgårs. Det er rett og slett ikke noe mere nytt å fortelle. Kom tilbake til denne tråden i 2014 eller der omkring, da kan det hende at verdens fysikere vet om resultatet nå var en målefeil eller ikke.

 

Ahh, ok. takk for oppklaringen

[Gebby]

Jeg leste en gang om det og jeg tolket det som at man ikke kan akselrere ett partikkel som allerede er i fart over lyshastigheten, ikke at ett partikkel ikke kan reise over lyshastigheten i det hele tatt.

Tachyoner eller partikler som går raskere enn lysets hastighet er et ganske gammelt og gjennomdiskutert emne innen fysikken. Det nye er at dette muligens er observert.

http://en.wikipedia.org/wiki/Tachyon

 

At informasjon kan sendes over lysets hastighet er heller ikke nytt. Om jeg husker riktig demonstrerte man dette allerede på 90-tallet med tunneleffekten.

 

Jeg trodde det var nettopp sånn at informasjon ikke kunne sendes over lysets hastighet. De eneste unntakene er vel meningsløs informasjon som å lyse med en laserpenn på månen eller hvis man har en rød og en blå ball og du tar med deg en av dem uten å vite hvilken det er, flytter deg langt, ser på ballen du har med og dermed avslører den andre ballen raskere enn lyset kan bevege seg fra den andre ballen til deg selv?

 

Ormehull etc handler vel uansett ikke om at man bryter lyshastigheten, men at man finner snarveier (bøyer arket) slik at slik at avstanden blir kortere enn det vi opplever den som. Tunnelering er jo bare når partikler kommer seg forbi barrierer den egentlig ikke har energi nok til å passere på grunn av kvantemekanikken.

[autmek]

Prøvde for løye å regne på denne supernovaen SN 1987A som er nevnt på tidligere av noen forskere.

 

 

Lyset beveger seg 299 792 458 meter per sekund i vakuum.

Avstanden i eksperimentet var 730 000 meter, det vil si at lyset vil bruke

730 000/299 792 458=0,0024350178949465099619017100156669 sekunder på å tilbakelegge denne avstanden.

 

Ifølge artikkelen beveget nøytrinoene seg 60 nanosekunder raskere, altså bruket nøytrinoene

0,0024350178949465099619017100156669-0,000000060=0,0024349578949465099619017100156669 sekunder. Så da må nøytrinoene bevege seg med en fart på 730 000/0,0024349578949465099619017100156669=299 799 845 meter per sekund.

SN 1987A var 168 000 lysår vekke, altså 9 460 730 472 580 800x168 000=1 589 402 719 393 574 400 000 meter. Nøytrinoene vil bruke

1 589 402 719 393 574 400 000/299 799 845=5 301 546 167 889 sekunder til jorden. Lyset bruker

1 589 402 719 393 574 400 000/299 792 458=5 301 676 800 000 sekunder til jorden. Det betyr at nøytrinoene er

5 301 676 800 000-5 301 546 167 889=130 632 111 sekunder raskere enn lyset, eller ca 4 år.

Viss jeg regnet riktig så burde nøytrinoene som traff jorden 24 februar 1987 fra supernovaen SN1987A ikke truffet jorden omtrent samtidig som lyset traff oss, men ca 4 år før lyset. Men ifølge wikipedia artikkelen traff nøytrinoene jorden bare ca 3 timer før lyset traff oss. Så jeg tviler på at det stemmer at nøytrinoene beveger seg så raskt som testresultatene til CERN viser. Men det blir løye å se hva de finner ut

 

 

Fra SN 1987A artikkelen

Neutrino emissions

 

Approximately three hours before the visible light from SN 1987A reached the Earth, a burst of neutrinos was observed at three separate neutrino observatories.

[-trygve]

Det er riktig at nøytrinoene fra SN1987A hadde en fart som var konsistent med lyshastigheten. Men hvis nøytrinoer faktisk kan bryte lyshastigheten kan det godt tenkes at størrelsen på bruddet er energiavhengig. Siden OPERA-nøytrinoene hade 500 ganger høyere energi enn SN1987A-nøytrinoene er det ikke utenkelig at begge måleresultatene er riktig.

[autmek]

Det er riktig at nøytrinoene fra SN1987A hadde en fart som var konsistent med lyshastigheten. Men hvis nøytrinoer faktisk kan bryte lyshastigheten kan det godt tenkes at størrelsen på bruddet er energiavhengig. Siden OPERA-nøytrinoene hade 500 ganger høyere energi enn SN1987A-nøytrinoene er det ikke utenkelig at begge måleresultatene er riktig.

 

Men kan de ikke teste med 500 ganger mindre energi for å se om resultatet blir anderledes og likt som SN 1987A?

[robertaas]

Sender ikke supernovaer ut nøytrinoer først?

[Ljóseind]

Kanskje det er sånn at all masse av fermioner adlyder relativitetsteorien, mens forholdene er noe annerledes for leptoner?

[-trygve]

Det er riktig at nøytrinoene fra SN1987A hadde en fart som var konsistent med lyshastigheten. Men hvis nøytrinoer faktisk kan bryte lyshastigheten kan det godt tenkes at størrelsen på bruddet er energiavhengig. Siden OPERA-nøytrinoene hade 500 ganger høyere energi enn SN1987A-nøytrinoene er det ikke utenkelig at begge måleresultatene er riktig.

 

Men kan de ikke teste med 500 ganger mindre energi for å se om resultatet blir anderledes og likt som SN 1987A?

Jo, det burde være mulig. Men husk at de trengte tre år for å samle nok data til dette resultatet, så den testen er ikke gjort i en håndvending.

[-trygve]

Kanskje det er sånn at all masse av fermioner adlyder relativitetsteorien, mens forholdene er noe annerledes for leptoner?

Alle leptoner er fermioner, så det fungerer ikke. Men nøytrinoer er noen spesielle beist som ennå ikke er så godt forstått, så det er ikke utenkelig at de kan bryte regler som andre partikler må holde.

[cuadro]

Det er forøvrig mer interessant å forstå hvorfor nøytrinoene er så spesielle.

[robertaas]

Og jeg som ventet at Higgs skulle være det store.

[SeaLion]

Fermilab i USA trenger ca to år med forberedelser før de kan kontrollere/gjenta eksperimentet, KEK i Japan ligger enda lengre bak:

http://www.nrk.no/vitenskap-og-teknologi/1.7815946

 

Mens noen fikk gåsehud ved tanken på en revolusjonerende oppdagelse, reagerte andre med en god porsjon skepsis. Alle var enige om behovet for nye tester som kan avgjøre om Albert Einstein faktisk tok feil, eller om hans hundre år gamle teorier fortsatt står fjellstøtt.

 

I hele verden finnes det bare to andre forskningssentre som har mulighet til å gjenskape eksperimentet. Det er KEK-laboratoriet i Japan og Fermilab utenfor den amerikanske storbyen Chicago.

 

Men også disse anleggene vil være nødt til å oppgradere utstyr dersom de skal kunne gå sine europeiske kolleger etter i sømmene.

 

– De er avhengig av ekstremt nøyaktige målinger av tid og avstand, forklarer Samset, som selv har jobbet ved CERN.

 

Dermed må amerikanerne, som ligger best an i kappløpet, investere i noen av verdens mest ekstreme klokker. I tillegg må de lykkes med en ganske spesiell form for landmåling.

 

Forskerne ved CERN sendte en stråle med partikler til et underjordisk laboratorium ved Gran Sasso i Italia. Avstanden på 730 kilometer er målt opp med et slingringsmonn på bare 20 centimeter.

 

– Dette er helt vanvittig og veldig vanskelig å få til, sier Samset.

 

Nye målinger fra Fermilab kan trolig ventes i løpet av et par år.

 

Enkelte fysikere mener resultatene fra CERN er så usikre at de aldri burde vært presentert i en egen forskningsartikkel. Men også de europeiske forskerne er åpne for at deres funn kanskje skyldes noe så banalt som en målefeil.

[robertaas]

Uten å ha lest analysene stiller jeg straks noen spørsmål til funnet:

-Om det virkelig eksisterer partikler som beveger seg over lysets hastighet hvorfor bare så marginalt over og ikke 50 eller 100% over?

 

Mulige enkle forklaringer på anormaliteten:

1) Man har ikke vurdert nye målinger som tyder på at en sterkere fluks av nøytrinoer påvirker halveringstiden og får atomur til å gå saktere.

 

2) Man har ikke klokker som er synkrone nok. Destinasjonene er over 700 km fra hverandre og klokken går ikke like fort på de 2 destinasjonene så hvordan kan man si at man har synkrone klokker?

 

3) Avstanden kan være målt 1 meter for lang. Det er altså snakk om en avstand på over 700 km mellom 2 lokasjoner som beveger seg mot hverandre og gjennom en fjellkjede som stiger 6 cm i året.

[-trygve]

Uten å ha lest analysene stiller jeg straks noen spørsmål til funnet:

-Om det virkelig eksisterer partikler som beveger seg over lysets hastighet hvorfor bare så marginalt over og ikke 50 eller 100% over?

Den type hvorfor-spørsmål er utrolig vanskelig å svare på. En måte å svare på er at hvis et mye større hastighetsbrudd hadde eksistert ville vi (antakelig) oppdaget det før. Et annet forsøk er at eventuelt hastighetsbrudd er energiavhengig og derfor krever svært høy energi før det blir stort. Men ingen av disse forslagene svarer egentlig på hvorfor.

 

Mulige enkle forklaringer på anormaliteten:

1) Man har ikke vurdert nye målinger som tyder på at en sterkere fluks av nøytrinoer påvirker halveringstiden og får atomur til å gå saktere.

To kommentarer her. For det første har halveringstid ingenting med atomur å gjøre. Atomur baserer seg på frekvensen til lyset som sendes ut fra en bestemt elektronovergang i cesium. For det andre er resultatet du hinter til om at nøytrinoer påvirker halvveringstiden antakelig ikke riktig. Dette er et resultat som kommer fra en enkelt forskergruppe, og det ser ikke ut til at noen er i stand til å reprodusere det.

 

2) Man har ikke klokker som er synkrone nok. Destinasjonene er over 700 km fra hverandre og klokken går ikke like fort på de 2 destinasjonene så hvordan kan man si at man har synkrone klokker?

Dette er et svært komplisert punkt. OPERA-kollaborasjonen skriver en god del om synkroniseringen i artikkelen sin, og de hevder å ha god kontroll på dette. Oppgitt usikkerhet på synkroniseringen er 1 ns. Men synkronisering av klokker som befinner seg i ulike, akselererte referansesystemer er langt fra trivielt. En artikkel som kritiserer nettopp dette punktet finner du her: http://www.arxiv.org/abs/1109.6160

 

3) Avstanden kan være målt 1 meter for lang. Det er altså snakk om en avstand på over 700 km mellom 2 lokasjoner som beveger seg mot hverandre og gjennom en fjellkjede som stiger 6 cm i året.

Avstandmålingen er heller ikke enkel, men antakelig enklere enn tidssynkroniseringen. Avstanden mellom overflatepunkter nær de to underjordiske eksperimenthallene (CERN og LNGS) hevder de å ha kontroll på med cm-nøyaktighet. De har vist plott som viser tidsutviklingen av denne avstanden. Både svak, relativt jevn økning som følge av kontinentaldrift og en brå, mye større (ca 7 cm) økning som følge av et jordskjelv er synlig i dataene deres. Usikkerheten fra å ta overflateavstanden ned i eksperimenthallene er større - ca 20 cm. Dette er faktisk noe bedre presisjon enn de trenger siden lyset går ca 20 m på 60 ns.

[bjelleklang]

Jeg har lyst til å påpeke at 60 ns er veldig mye og usikkerheten er langt mindre. Man gjør jo rutinemessing forsøk i femtosekund tidskala. I tillegg gjentok de selvfølgelig forsøket flere ganger. Problemet kan ligge i at et eller annet sted i experimentet har de gjort en feil, noe som de selv har påpekt. Det er derfor essensielt at det gjenskapes i et annet laboratorium, helst flere. Folk har jo tidligere oppdaget kald fusjon, evighetsmaskiner, polyvann osv bare for ikke å kunne bli reprodusert andre steder fordi oppsettet var feil.

 

Uansett så vil jo relativitetsteorien bare være et spesial tilfellet av en "større teori", akkurat som newton er en tilnærming av relativitetsteorien ved lave hastigheter.

[robertaas]

For det andre er resultatet du hinter til om at nøytrinoer påvirker halvveringstiden antakelig ikke riktig. Dette er et resultat som kommer fra en enkelt forskergruppe, og det ser ikke ut til at noen er i stand til å reprodusere det.

Kan ikke akkurat det samme sies om målingene fra OPERA?

 

Jeg har hørt påstander om at verdens atomur måtte justeres etter store utbrudd på solen. Trodde vedkommende viste hva han snakket om.

 

Hmm.. ser også ut til at jeg var litt vel rask i hoderegningen her ja, det må til en feil i avstandmålingen på 20 meter for å forklare anormaliteten og det blir for mye.

 

Ellers er det veldig spennende at mye nytt skjer innen fysikken.

[-trygve]

Jeg har lyst til å påpeke at 60 ns er veldig mye og usikkerheten er langt mindre. Man gjør jo rutinemessing forsøk i femtosekund tidskala.

Poenget er at man her krever synkronisering av klokker i ulike referansesystemer. Det er ikke-trivielt. Forsøkene i femtosekundtidsskala refrerer til én klokke som står i ro i ett referansesystem.

 

Uansett så vil jo relativitetsteorien bare være et spesial tilfellet av en "større teori", akkurat som newton er en tilnærming av relativitetsteorien ved lave hastigheter.

Der har du oppfattet et viktig poeng. Hvis resultatet viser seg å være riktig blir ikke relativtetsteorien forkastet, men utvidet.

[-trygve]

For det andre er resultatet du hinter til om at nøytrinoer påvirker halvveringstiden antakelig ikke riktig. Dette er et resultat som kommer fra en enkelt forskergruppe, og det ser ikke ut til at noen er i stand til å reprodusere det.

Kan ikke akkurat det samme sies om målingene fra OPERA?

 

Det samme sies om OPERA. Bortsett fra den delen om at andre ikke har kunnet reprodusere det - det har de nemlig ikke rukket å prøve på ennå. Men det er først hvis andre klarer å reprodusere det at resultatet kommer til å bli allment akseptert. Akkurat nå er inntrykket mitt at de fleste fysikere er nysgjerrige, men svært skeptisk.