Překračují neutrina mezní rychlost světla?  
Minulý týden explodovala v mediálním světě bomba v podobě zprávy, že experiment OPERA, který detekuje v podzemní laboratoři Gran Sasso neutrina vyslaná z laboratoře CERN, zaznamenal u nich rychlost větší než je rychlost světla ve vakuu. Takové zjištění by mělo dalekosáhlé dopady na naše pochopení fyziky nejen mikrosvěta. I z tohoto důvodu jsou autoři práce, která výsledky prezentuje, velmi opatrní ve svých závěrech a vyzývají fyzikální veřejnost, ale hlavně další podobná experimentální zařízení k ověření jejich výsledku. Podívejme se na to, jak bylo pozorování uskutečněno, jaké jsou zdroje nepřesností při tomto měření a jak by se jeho potvrzení odrazilo v našich fyzikálních představách o světě.

 

Zvětšit obrázek
Dráha neutrin experimentu CNGS (Zdroj: CERN)

Neutrina ze supernovy SN1987A

Než se budeme věnovat měření rychlosti neutrin experimentem CNGS (CERN to Gran Sasso), podívejme se na tyto částice vznikající v nesrovnatelně větších vzdálenostech. Dne 23. února 1987 zachytily neutrinové detektory na Zemi krátký neutrinový záblesk, za jehož původce byl určen výbuch supernovy ve Velkém Magelanově oblaku. V průběhu exploze supernovy vznikají neutrina hlavně ve dvou fyzikálních procesech. Prvním je přeměna protonů a elektronů na neutrony, kdy se rodí elektronová neutrina. Tak vzniká neutronová jaderná hmota, která pak tvoří neutronovou hvězdu. Druhým je pak vyzařování velmi horké a husté jaderné hmoty. V tomto případě se tvoří všechny typy neutrin a antineutrin. Supernova vyzáří zhruba 99 % energie v podobě neutrin, kterých je tak obrovské množství. Ovšem jejich zachycení na Zemi není vůbec jednoduchou záležitostí. Důvodem je velká vzdálenost supernov od Země a pochopitelně i extrémně malá účinnost detekce neutrin. Co se ale té vzdálenosti týče, z hlediska nebezpečnosti jiných druhů záření, které výbuch supernovy produkuje, je to pro život na Zemi jen dobře (viz třeba zde).


Doposud se podařilo zachytit pouze neutrina ze zmíněné supernovy SN1987A ve Velkém Magelanově oblaku. Do detektorů přilétly zhruba o tři hodiny dříve, než byl zaregistrován světelný záblesk. To ovšem vůbec nemusí znamenat, že neutrina byla rychlejší. Při svém vzniku se fotony elektromagnetického záření prodírají velice těžce a relativně dlouho velmi hustou hmotou v nitru i vnějších oblastech supernovy, zatímco neutrina interagují s hmotou jen velmi málo. Výsledkem je, že záblesk neutrin je „okamžitý“ a trvá sekundy. Naopak světelný signál je dlouhý a začátek zjasňování následuje až řádově hodinu po neutrinovém záblesku. Přesnější odhad zpoždění začátku zjasňování supernovy za neutrinovým zábleskem závisí na modelu supernovy. Další časový odstup může být dán tím, že o světelném zjasnění se dozvíme až po jeho zahlédnutí, tedy když zamíříme dalekohled správným směrem. Pochopitelně můžeme provést jistou zpětnou extrapolaci zjasňování, ale její přesnost je omezená. Záblesk neutrin zachytí detektory ze všech směrů a ihned. Podrobnější informace o vzniku neutrin v supernovách a jejich detekci lze najít zde, zde a zde.


Co nám může detekce neutrin ze supernovy říci o jejich rychlosti? Vzdálenost k supernově byla v případě supernovy SN1987A zhruba 168 000 světelných let. Světelné zjasňování začalo nejpozději tři hodiny po příchodu neutrin. Všechna neutrina přišla během asi 12 sekund. Jednalo se o elektronová neutrina, vlastně elektronová antineutrina, která se detektorech zachycovala s větší pravděpodobností. Jejich energie se pohybovala mezi 8 až 40 MeV. Vzdálenost 168 000 světelných let světlo přeletí za zhruba 1,47 miliard hodin. Jaký největší možný rozdíl v rychlosti mohly mít zachycena neutrina vzhledem k fotonům, určuje podíl tříhodinového rozdílu mezi detekcí neutrin a zaznamenáním světelného záblesku a doby letu světla od supernovy k Zemi. Tak lze vyvodit, že rychlost neutrin se od rychlosti světla neliší o více než dvě miliardtiny, tedy pouze o dvě deseti miliontiny procenta.

Zvětšit obrázek
Detektor OPERA

 

Měření rychlosti neutrin experimentem CNGS

Hlavním úkolem experimentu CNGS je detekce oscilací mionového neutrina na tauonové pomocí záchytu vzniklého tauonového neutrina detektorovým systémem OPERA. Na začátku experimentu se v laboratoři CERN ve Švýcarsku pomocí urychlovače vytváří velmi čistý svazek mionových neutrin. Protony urychlené na rychlosti blízké rychlosti světla se srážejí s jádry terče, přičemž vzniká velké množství mezonů pí. Ty nabité (v našem případě kladně nabité) se pomocí magnetického pole namíří správným směrem a během letu dlouhým tunelem se pak rozpadají za vzniku kladného mionu a mionového neutrina. V případě, že by se využily záporně nabité pí mezony, vznikaly by v jejich rozpadech záporné miony a mionová antineutrina. Zbývající nabité mezony a protony se absorbují na konci tunelu a miony pak pohltí vrstva země, kterou neutrina bez problému prolétají. Velmi čistý svazek mionových neutrin se posílá směrem k 732 km vzdálenému detektoru OPERA v podzemní laboratoři Gran Sasso v Itálii. Tam dorazí zhruba za 2,43 ms. Příměs mionových antineutrin je okolo 2,1 % a elektronových neutrin a antineutrin je menší než jedno procento. Střední hodnota energie neutrin je 17 GeV. Velmi důležité je co nejpřesnější zacílení svazku, jeho pološířka v místě detektoru je zhruba 2,8 km. (Podrobnější popis tohoto měření a zachycení prvního tauonového neutrina zde).

Zvětšit obrázek
Na pulsu protonů, který vznikl extrakcí z urychlovače SPS (vlevo), je vidět struktury s periodou 2 mikrosekundy. Napravo je roztažená malá část, kde jsou vidět oscilace s periodou 5 ns vznikající v urychlovači SPS. (Zdroj arXiv:1109.4897)

 

Celá délka zařízení, které vytváří postupně pí mezony, miony a mionová neutrina je dlouhé téměř 1 200 m. Velice pečlivě je měřena struktura svazku pomocí zařízení měřícího proud, který svazek vytváří. Délka pulsu svazku, který vzniká extrakcí protonů z urychlovače, je 10,5 mikrosekund a má složitou strukturu, která je dána postupným urychlováním protonů ve dvou urychlovačích. Nejdříve je urychluje urychlovač PS, který vytváří strukturu s frekvencí 500 kHz (tedy s periodou zhruba 2 mikrosekundy, viz obrázek). Ten je však schopen dodat protonům jen energii do 25 GeV, takže po něm přebírá štafetu urychlovač SPS. Ten vnáší oscilace s frekvencí 200 MHz (tedy perioda 5 ns). Při jednom urychlování probíhají dvě extrakce protonů z SPS vzdálené od sebe 50 ms v čase. Jedno urychlení pro experiment CNGS je každých 6 s.


Neutrino, které způsobí interakci v detektoru OPERA, mohlo vzniknout z kteréhokoliv protonu letícího během deseti mikrosekundové extrakce z SPS. Neměří se tak doba letu jednoho případu, ale porovnává se dlouhodobá statistika z mnoha pulsů urychlovače. Tvar dlouhodobě získávaného rozložení příletu neutrin se porovnává s tvarem rozložení protonů v extrahovaného svazku posunutým o dobu letu světla k detektoru. Z tohoto porovnání se určuje příslušný časový posuv v příletu neutrin a světla. Celkově bylo pozorováno 16 111 mionových neutrin, pro jejichž detekci bylo nutné urychlit 1020 protonů.

Zvětšit obrázek
Princip měření rychlosti neutrin s využitím systému GPS (Zdroj: arXiv:1109.4897)

 

K tomu, aby se dala měřit rychlost neutrin, je potřeba velice přesně měřit vzdálenost mezi urychlovačem v laboratoři CERN a detektorem v Gran Sasso. To je možné jen s pomocí GPS systému. Jak tento systém přesně funguje, se můžete dočíst v článku Přesnost atomových hodin, GPS a teorie relativity. Pro velmi přesné určení vzdálenosti mezi oběma místy a přesnou synchronizaci času v obou laboratořích jsou nevyhnutné atomové hodiny. Jen díky tomu lze kontinuálně určovat v konečné fázi vzdálenost s přesností lepší než 20 cm. Na výsledcích měření je vidět nejen pomalý drift kontinentálních desek, ale také vliv zemětřesení v oblasti L´Aquila v roce 2009:

 

Měření vzájemné polohy zdroje neutrin a detektoru OPERA. Je vidět pomalá změna vlivem pohybu kontinentálních desek. Zároveň také prudká změna vlivem zemětřesení v oblasti L´Aquila. (Zdroj: arXiv:1109.4897)


Pochopitelně musí být velice přesně známá i poloha jednotlivých částí systému, který produkuje neutrina, a také každého detektoru v systému OPERA. Je třeba si uvědomit, že světlo potřebuje k překonání vzdálenosti jednoho metru více než 3 ns. V případě experimentu CNGS je potřeba měřit posuny v řádu desítky nanosekund. Další nutností je přesná znalost všech elektronických systémů, zpoždění signálů v nich a jejich velmi přesná časová synchronizace. Nesmí se zanedbat ani skutečnost, že v kabelech se signál pohybuje pomaleji než světlo.

Zvětšit obrázek
Porovnání rozložení příchodu dlouhodobě nabíraných detekovaných neutrin (body s chybou) s tvarem intenzity protonů v svazku extrahovaném z urychlovače (červená čára). Vlevo je první extrakce a vpravo druhá, mají totiž jiné časové rozložení protonů. Nahoře je bez posunu neutrin a dole po posunu o 1 048,5 ns. Je vidět, že po posunu se obě rozložení svým tvarem shodují. (Zdroj: arXiv:1109.4897)

 

To všechno si vyžádalo velké množství korekcí. Prvotní posun byl určen bez započtení částí z nich a jak je vidět z obrázku, vyšel s posuvem 1048,5 ns. Započtení korekcí znamenalo odečtení 987,8 ns. Tím se získala výsledná hodnota 60,7 ns – čas, o který přiletěla neutrina dříve než by přiletělo světlo, kdyby mezi laboratořemi místo horniny bylo vakuum. Neurčitost této hodnoty byla stanovená na 6,9 ns pro statistickou část a 7,4 ns pro systematickou část. U části detekovaných neutrin (5489 případů) se podařilo určit i jejich energii. Tento soubor se rozdělil na dvě části. Jedna s neutriny s energií menší než 20 GeV a druhá s energií větší než 20 GeV. V první byla střední energie 13,9 GeV, v druhé 42,9 GeV. V mezích nepřesností se neukázala žádná závislost posunu na energii.


Pokud je dané měření v pořádku, vzdálenost 2,43 světelných milisekund neutrina proletí o 60,7 ns dříve než světlo. To znamená, že rychlost neutrina je o 2,48 sto tisícin větší než u světla, to znamená o 2,48 tisícin procenta. Pokud jsou statistické a systematické chyby odhadnuty správně, tak je výsledek dostatečně průkazný. Na druhé straně, všechny možné korekce a opravy jsou o řád i dva větší než konečná hodnota a analýza dat je velice komplikovaná. Tým, který na experimentu pracuje, má se zpracováním částicových experimentů takového druhu velké zkušenosti. Přesto se nedá vyloučit, že se někde v průběhu analýzy vyskytla chyba.


Možné dopady

Rozbor detekce neutrin ze supernovy omezil rozdíl mezi rychlostí neutrina a světla na hodnoty menší než dvě deseti miliontiny procenta, to znamená na deseti tisícinu hodnoty, která vychází analýzou experimentu CNGS. V případě, že by neutrina ze supernovy byla stejná jako neutrina detekovaná detektorem OPERA, nebylo by co řešit. Bylo by jasné, že se fyzikové z experimentu CNGS někde dopouštějí chyby. Ovšem v prvním případě jde o elektronová antineutrina a v druhém o mionová neutrina. Navíc se jejich energie liší zhruba tisíckrát. Takže je pořád ještě šance, že měření s využitím detektorového systému OPERA je v pořádku.


Bylo by to fantastické. Otvíralo by to bránu k úplně nové fyzice, která by překračovala hranice té, kterou známe. Jako příznivci sci-fi se mi líbí možnost překročení rychlosti světla i z hlediska možnosti rychlejšího cestování vesmírem. Přesto jsem k výsledku značně skeptický. Mionová neutrina jsou určitě těžší než elektronová. Víme to díky studiu oscilací neutrin (viz zde). Čekal bych tak možnost překračování rychlosti světla u neutrina elektronového. Velmi pochybuji, že by rychlost a chování neutrin a antineutrin byly diametrálně odlišné. Rozdíl v energiích o tři řády se může zdát velký, ale klidová energie neutrin je nejméně deset milionkrát menší, než je kinetická energie neutrin, která k nám přiletěla ze supernovy. Proto si myslím, že u pozemského experimentu je něco špatně. A to i přes rozdíly u neutrin z experimentu CNGS a SN1987A. Pro zajímavost doplním, že pokud by se neutrina ze supernovy chovala přesně podle Einsteinovy teorie relativity, tak budou sice pořád pomalejší než světlo ve vakuu, ale rozdíl bude díky jejich velmi malé hmotnosti určitě menší než 10-12 procenta.

Zvětšit obrázek
Test zařízení produkujícího svazek mezonů pí, který je potřebný k produkci mionových neutrin (Zdroj: CERN)

 

Popření výsledku měření rychlosti neutrin experimentem CNGS může přijít i brzy. Je jasné, že teď bude velký počet fyziků kontrolovat analýzu autorů publikace a hledat v ní možné zádrhely. Účastníci experimentu CNGS k tomu přímo vyzývají. Případné potvrzení tohoto pozorování ovšem může přijít spíše až mnohem později. Jedna možnost je zkusit produkci mionových antineutrin pomocí záporných mezonů pí. Určitou možností by mohlo být i přesnější měření závislosti rychlosti na energii neutrin. Úprava produkce neutrin v laboratoři CERN a získání dostatečné statistiky zabere opět řádově roky. Stejně tak dlouho budou určitě trvat úpravy a nabírání potřebných dat i u jiných experimentů podobného typu v Japonsku a USA.


Je tak dost pravděpodobné, že ještě dost dlouho si budou moci teoretici hrát s modely, které by neutrina rychlejší než světlo vysvětlovaly. Takové představy, že neutrina jsou tachyony, už tady byly (viz zde). Stejně tak jsou již déle uvažovány i další možnosti spojené s existencí více dimenzí a příměsí velice specifických typů neutrin. A je jasné, že v současnosti nastává exploze zkoumání takových modelů (viz například zde).


A co když se výsledky experimentu CNGS potvrdí? Bylo by to vykročení do nové exotické fyziky. Ale v žádném případě by to neznamenalo konec speciální teorie relativity. Ta by se stále používala pro určování pohybu částic v pozemských urychlovačích i vesmírných těles s extrémně vysokými rychlostmi. Jen by se ukázalo, že má limity, za kterými svět popsat nedokáže a kde je nutné použít nějakou novou obecnější teorii. Stejně jako se pohyb planet, kosmických těles i většiny těles na zemi stále počítá pomocí Newtonovy fyziky. V každém případě jde o velmi zajímavý výsledek, jehož ověřování bezpochyby povede k výsledkům důležitým pro rozvoj fyzikálního poznání.

 

 

Datum: 30.09.2011 01:11
Tisk článku

Čerň a stříbro - Giordano Paolo
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 229 Kč
cena: 183 Kč
Čerň a stříbro
Giordano Paolo
Související články:

Nadsvětelné rychlosti neutrin přežily první zkoušku     Autor: Vladimír Wagner (18.11.2011)



Diskuze:

Pěkný článek

Bohumil Tříska,2011-10-06 19:38:42

Děkuji za čtivý a jasný článek.
Člověk by měl chuť hned popadnout ten detektor a odnést ho někam blíže ke zdroji, aby viděl, o kolik se ten čas zkrátí... :-)

Odpovědět

Kterak se proton změní na "zlatovlásku"

Mojmír Rezek,2011-10-03 19:24:08

Pane Wagnere, moh byste nám popsat průběh přeměny protonu a elektronu na neutron a neutrino. Vy ste to vodbyl jednou větou: "Prvním je přeměna protonů a elektronů na neutrony, kdy se rodí elektronová neutrina".
Vopravdu si myslíte, že každej ví jak ta proměna detajlně probíhá? Ovšem jesli toho nejste schopnej, tak si přečtěte tu pasáž o zrcadlovejch trasmutacích nukleonů a leptonů u Sokrata.Tam je to přímo polopaticky rozfázovaně znázorněné!

Odpovědět


Spletl jste si zaměření serveru

Pavel Brož,2011-10-03 19:39:17

Osel je určen pro popularizaci vědy, nikoliv pavědy. Je škoda, když míjíte svou cílovou skupinu, založte si raději server paosel.cz, a publikujte tam; bude to férovější jak pro vyznavače Sokratových pateorií, kteří se nebudou muset nudit nad vědecko-populárními články, tak pro ty čtenáře, kteří se chtějí dozvědět něco o novinách ve vědě, nikoliv o tom, co se zrovna zase vylíhlo v hlavách zneuznaných géniů.

Odpovědět

Jsem laik, ale myslím si, že se to dá ověřit.

Lvy Janáček,2011-10-01 19:01:34

Já osobně tam vidím čtyři zásadní věci k ověření.

1. Vzdálenost. Pokud je mi známo, tak s dnešní technikou by neměl být problém tu vzdálenost změřit skutečně velice přesně a se známou odchylkou. Tady bych problém neviděl.

2. Čas. Tady by to snad taky neměl být až takový problém mít dvoje přesné hodiny na dvou různých místech a podle těch hodin se synchronizovat. Byla tady někde řeč o GPS, podle mě to není špatný zdroj pro synchronizaci, protože vyslaný signál jde z jednoho místa a je známa vzdálenost k onomu místu. Nicméně asi by bylo přesnější mít přesné hodiny, které by se sesynchronizovaly a pak by se prostě převezly na daná místa.

3. Zpracování. Tady problém taky nevidím, není nic snazšího než vyslat signál z detektoru přímo na hodiny a zároveň na aparaturu pro zpracování a získat rozdíl času a ten pak prostě započítat.

4. Detektory na obou stranách. Tady to jediné vidím jako možný problém, prostě čas reakce těch detektorů. Ale zase na druhou stranu jejich funkce je přesně známá a tudíž by taky asi neměl být problém určit čas reakce.

No takže než jsem to dopsal, tak si myslím, že by problém mohl být např. díky rotaci země případně díky pohybu země. Ale to mě jen tak napadá a určitě se s tím počítalo. Jo a ještě něco, až někdo někdy bude schopen sestavit podobné zařízení např. na Měsíci, tak pak se postaví na startovací čáru laser a neutrino a hned bude jasno jak to přesně je. :-D

PS: doufám, že to budete brát skutečně jen jako laický pohled. Děkuji.

Odpovědět

Jsem laik, ale myslím si, že se to dá ověřit.

Lvy Janáček,2011-10-01 19:01:34

Já osobně tam vidím čtyři zásadní věci k ověření.

1. Vzdálenost. Pokud je mi známo, tak s dnešní technikou by neměl být problém tu vzdálenost změřit skutečně velice přesně a se známou odchylkou. Tady bych problém neviděl.

2. Čas. Tady by to snad taky neměl být až takový problém mít dvoje přesné hodiny na dvou různých místech a podle těch hodin se synchronizovat. Byla tady někde řeč o GPS, podle mě to není špatný zdroj pro synchronizaci, protože vyslaný signál jde z jednoho místa a je známa vzdálenost k onomu místu. Nicméně asi by bylo přesnější mít přesné hodiny, které by se sesynchronizovaly a pak by se prostě převezly na daná místa.

3. Zpracování. Tady problém taky nevidím, není nic snazšího než vyslat signál z detektoru přímo na hodiny a zároveň na aparaturu pro zpracování a získat rozdíl času a ten pak prostě započítat.

4. Detektory na obou stranách. Tady to jediné vidím jako možný problém, prostě čas reakce těch detektorů. Ale zase na druhou stranu jejich funkce je přesně známá a tudíž by taky asi neměl být problém určit čas reakce.

No takže než jsem to dopsal, tak si myslím, že by problém mohl být např. díky rotaci země případně díky pohybu země. Ale to mě jen tak napadá a určitě se s tím počítalo. Jo a ještě něco, až někdo někdy bude schopen sestavit podobné zařízení např. na Měsíci, tak pak se postaví na startovací čáru laser a neutrino a hned bude jasno jak to přesně je. :-D

PS: doufám, že to budete brát skutečně jen jako laický pohled. Děkuji.

Odpovědět

Ad : Čím se liší antineutrino a neutrino...

James Bond,2011-10-01 18:21:14

Děkuji za odpověď panu Wagnerovi. Je pro mne obtížná fyzikální představa (rozkreslených magn. rotací), že by neutrino a antineutrino v prostoru nemělo žádnou "nábojovou" nebo "gravitační" interakci. Také si neumím představit na jedné straně neutrální neutrino, z něhož po reakci zbyde pouze elektron (kam se poděl druhý náboj? - pokud nepřešel na druhý předmět srážky). Pokud se neutrino rozpadá při záchytu na dvě kvanta záření, tak musí to druhé kvantum být také předmětem každé jiné reakce. To samé s antineutrinem...Pozn.: Já ve svých úvahách nahrazuji "náboj" další magnetickou rotací v kruhové (mírně spirální) dráze magn. spinu el. a pozitronu, což do všeho "zapadá".

Odpovědět

Gf Fs,2011-10-01 08:57:19

Nevim presne jake FPGA je pouzito v tomhle experimentu, ale srovnatelne experimenty (v case i rozsahu) pouzivaly neco na urovni XC3000. Kriticke casti TAC byvaly realizovany zakazkovymi ASIC. Jedine dva pozadavky jsou reprodukovatelnost a "fail-safe" za vsech okolnosti. Rychlost, linearita nebo "walk" jsou obetovany v jejich prospech, protoze je na ne mozne opravit vysledek. Taky netusim co je mozne dosahnout se soucasnymi technologiemi, ale ty pouzite dosahuji reprodukovatelnosti nekolik set ps. 800 ps byvalo povazovano za spise spatne, 400 ps za dobre. "Electronic Target Tracker" v experimentu OPERA (cast detektoru odkud pochazi informace o case) ma kolem 80000 kanalu, z nichz minimalne nekolik tisic vecne prispiva k urceni doby jednotlive interakce. A funguje to kombinaci reprodukovatelnosti a tehle na prvni pohled ohromne redundance. "Normalni" FPGA najdete nejdriv na "front-end"u, kde se staraji o serializaci a komunikaci pres ethernet nebo VMEbus. Nezridka se jedna o diplomky studentu, cemuz odpovida i kreativita odevzdanych reseni. Z nejakeho duvodu se studentske oblibe stale tesi Virtex4 a vysledny produkt je casto postaveny primo na ML40X.

Proc je u FPGA jen udano cislo? Protoze pro autory textu se nejspis jedna o cislo dobre zname, milionkrat overene, ktere je provazi spoustu let napric ruznymi experimenty. Ze je to spatne s Vami souhlasim. Soustredili na veci pro ne nove, jako je GPS.

Nevsazel bych, pockal bych. MINOS ma dostatecne rozsahly soubor dat, aby potvrdil nebo vyvratil OPERU. T2K pote co nedavno publikovali oscilacni vysledek urcite take pracuje na necem podobnem. Svazek neutrin z Tokai zasahuje Kamland, ve kterem tvori nezadouci pozadi. Netusim zda je v silach Kamlandu podobna analyza. Male rozmery detektoru obecne zlepsuji jeho casovou odezvu, na druhou strana Kamland je naplneny scintilatorem, ktery ma pomalejsi odezvu nez voda v SuperK. Netusim zda neutrina z CNGS detekovana v Borexinu jsou k necemu pouzitelna.

Odpovědět


Gf Fs,2011-10-01 08:59:51

to mela byt reakce na prispevek Korekce pana Petra K. Nasleduje odpoved pro pana Crhonka:

900 ns korekce souvisi se slepym experimentem vice nez s cimkoliv jinym. Fyzici jsou taky jen lidi, a tak si ruznym zpusobem pomahaji od zaujatosti. Nekdy mezi skutecna data z detektoru primichavaji simulovana data, jindy treba umyslne pouzivaji nespravne vstupni parametry. Vzdy vsak tak, aby se vysledek experimentu dal snadno opravit na tuto zamerne zavedenou chybu. V pripade experimentu OPERA se slepota zajistuje obtizne, protoze po kazde interakci, ktera jen zdanlive pripomina vznik tauonu z tau neutrina, musi vyjmout olovenou cihlu z detektoru, sejmout filmove folie a zpracovat je klasickym kinofilmovym procesem. Neni mozne vyjimat jine cihly, ani spravne cihly vyjmout s vyraznym casovym zpozdenim. Takze prakticky jedine co pro slepotu tohoto experimentu udelali je, ze zamerne pouzili nerealistickou dobu letu neutrin mezi CNGS a LNGS o 988 ns mensi, nez byla spravna hodnota, kterou v te dobe stejne neznali. Posudte sam, jestli takto navrzeny experiment je dostatecen slepy. Vysledkem zpracovani takto poskozenych dat pak byla doba letu mensi o 1048 ns nez doba letu vypoctena z rychlosti svetla ve vakuu. Po oprave na zamerne zavedenou chybu 988 ns Vam zbyde vyslednych 60 ns.

A tech nekolik lidi ve vedeni experimentu si musi samo odpovedet na otazku, jak dalece je umele zavedena chyba 988 ns umela a jak souvisi s jejich znalosti aparatury v roce 2006, kdy tuto hodnotu vybrali. Tady bych nevidel duvod ke zklamani.

Nebudu Vam branit v dojmu, ze jde o PR. Pokud vsak srovnate experimenty DAMA/LIBRA, CRESST a OPERA, tedy tri experimenty v Gran Sassu, ktere publikovaly mirne kontroverzni vysledky, tak OPERA vychazi pomerne dobre. Take pokud porovnate ciste neutrinove experimenty s ne zcela ocekavanymi vysledky (LSND, dvakrat MINOS, reaktorove anomalie, …) vychazi OPERA pomerne skromne. Samozrejme srovnavam pouze jimi publikovane clanky.

A proc si novinari tak oblibili prave tento experiment nevim. Jen tenhle mesic publikoval CRESST pozitivni vysledek pri hledeni temne mnohy (na urovni 4.7 sigma). Bez vetsiho zajmu populizatoru. Pritom se jedna o experiment optimalizovany pro hledani temne mnohy, na rozdil od experimentu CoGeNT, ktery meli radi. LUX publikoval prekvapive kratky polocas rozpadu dvou neutrinoveho dvojiteho beta rozpadu xenonu, ktery je v rozporu s predchozimi experimenty, taky bez jakehokoliv zajmu novinaru. A v obou pripadech se jedna o snadno prodatelne experimenty v porovnani s pomerne komplikovanou OPEROU. Zhruba pred mesicem MINOS prezentoval nove vysledky a rozdil mezi neutriny a antineutriny vymizel s lepsi statistikou. Druha anomalie v tomto experimentu, nadbytek signalu v oblasti nizkych energii zustava, ale oba nadbytky jsou nyni statisticky kompatibilni. Borexino pravidelne zlepsuje nase znalosti o slunecnich neutrinech, z posledniho mesice pep a horni limit na CNO.

Odpovědět

Další dotaz k p. Wagnerovi:

James Bond,2011-09-30 17:19:05

Čím se liší antineutrino od neutrina (mám na mysli to "elektronové")? Zajímá mne konkrétní vlastnost a jak se (jednoznačně) zjistí při detekci? Co bylo zjištěno při anihilaci neutrina s antineutrinem? Je nějaký experiment na jejich párový vznik? Jak dlouhou životnost má antineutrino v prostoru?

Odpovědět


Čím se liší elektronové neutrino a antineutrino

Vladimír Wagner,2011-10-01 07:54:35

Liší se leptonovým číslem. V jednom případě je +1 a v druhém -1. Dále helicitou, v jednom případě jde o pravotočivou a v druhém o levotočivou částici. Jednoznačně se pozná při detekci v reakcích (při rozptylu se neodliší). Při reakci neutrina vzniká elektron a při reakci antineutrina pozitron. Také obrácený beta roypad u neutrina a antineutrina probíhá jinak a na jiných jádrech.Anihilace neutrina a antineutrina se zatím nepozorovala a dost těžko půjde. Tz, které běžně detekujeme a produkujeme na to mají moc velkou rychlost. Detekce párové produkce neutrina a antineutrina (vzniká například v rozpadu Z bosonu) se dá detekovat pouze nepřímo z chybějící hmotnosti. Přímo je šíleně malá pravděpodobnost, že se obě částice současně zachytí. Životnost neutrina je určena zatím jako limita (větší než). Ale je předpoklad, že bude velmi dlouhá až nekonečná (stejná jako u neutrina).

Odpovědět


P-neutrino a N-neutrino

Petr Valonis,2011-10-02 21:04:12

Až vejde ve všeobecnou známost Sokratův model vakua, bude všem jasné, že "jádro" obou neutrin (P a N) tvoří dvojice dokonalých grupových antipodů (pp‘) a (nn‘), totálně negujících své hmotové působení na okolní kvartony. A proto obě tyto částice postrádají klasické hmotové pole generované excitací (narušením nulity) okolních kvartonů. To vylučuje jejich pohyb na principu asymetrie hmotového pole, které je obecným původcem pohybu všech ostatních částic. Jenže duony (pp‘) a (nn‘) sami o sobě jsou strukturní anomálie v oceánu kompletních kvartonů (pp’nn‘). Takže obě neutrina se pohybují jen jako strukturní anomálie v této homogenní struktuře ‚oceánu‘ kvartonů. Tento pohyb je zjevně vyvolán lokálními vlastnostmi struktury subkvartonového prostředí. O něm, bohužel, Sokratův model vakua zatím nepřináší věrohodná data; jen spekulace.

Odpovědět

neutrino - mala zlodejka

Miroslav Novak,2011-09-30 15:28:25

Keby ma serialovy dr. House poziadal (poznajuc, ze som v tejto oblast amater), aby som placol, co ma k tejto veci napadne, tak je to ta skutocnost, ze neutrino si cestuje cez obal Zeme, ako by prechadzal vakuom. Ak sa nieco ma chovat tak, ze prechodom cez hmotu sa ma spolalit, ale on si veselo ide rovnako rychlo, potom mi to neutrino pripomina medziplanetarne druzice, ktore si cestou kradnu dalsiu energiu tym, ze sa nechaju strhnut okolostojacou gravitaciou a nechaju sa urychlené vymrsknut vpred. Viem, ze aj Gregory by ma poslal do haja s takou teoriu, ale mne sa lubi.

Prajem prijemny den
miro novak

Odpovědět


Xavier Vomáčka,2011-10-02 19:40:02

Vždyť hmota je skoro vakuum. Semtam bod a jinak prázdno. To co se nám jeví jako kompatní hmota je dáno elektromagnetickou interakcí (elektronových obalů). Jelikož neutrino elmag interakci necítí, můžeme jeho průlet hmotou klidně aproximovat průletem vakuuem.

Odpovědět


Re: neutrino - mala zlodejka

,2016-04-01 18:26:29

neutrina neinteraguju gravitacne

Odpovědět

Tomáš Crhonek,2011-09-30 11:44:52

Rychlost světla není změřená, rychlost světla je určená.

Od této konstanty (která vychází už z Maxwelových zákonů) se potom určují rozměry a čas (což jedno jest).

Odpovědět


Tomáš Crhonek,2011-09-30 11:45:36

Omlouvám se, toto byla reakce na komentář

Rychlost světla
Radek Svoboda 30.09.2011 v 10:24

Odpovědět


To je právě ten paradox,

James Bond,2011-09-30 12:37:44

že v mnohém se vychází z exaktně zjištěných zákonů, ono to zatím ani jinak nejde. (Odkazu na Maxw. vlnové rovnice k fyzikálnímu vysvětlení přenosu prostorem limitovanou rychlostí světla jsem nevěřil už jako školák - je to jen vnější popis exaktního původu). Vše má ale svou zatím skrytou podstatu, která jednou vše předefinuje. Jisté je to (a tu opakovaně zjištěnou osobní zkušenost nikdy neodvolám), že vesmír (prostor, hmota i gravitace) má synchronní frekvenci a jedinou interakci, vše ostatní jsou už hypotézy. V té souvislosti by mne zajímal názor pana Wagnera, jak by na toto napasoval nositele pole, který by měl vlastnosti neutrina (absolutní přenos fotonů i hmoty v nižších rychlostech), ale i rotující dvojice "nábojů" - což je vlastnost nutná jak pro pole samotné, tak pro anihilaci, vše hmotné by mělo být z těchto elementů, prostor také. Nevidím šanci, že by byl nalezen element splňující to samé, co neutrino, elektron a pozitron. Zdánlivé rozpory s vědou by se daly vysvětlit, kdyby byl brán v potaz ten model neutrina, elektronu a fotonu kreslený v jedné interakci rotujících kvant, který jde dále k podstatě všeho. Co

Odpovědět

Korekce

Petr K,2011-09-30 10:29:45

Předně bych chtěl poděkovat za super článek!
Asi většinu čtenářu by možnost, že by výsledky byly opravdu správně, fascinovala. Ale když tak koukám na seznam korekcí v jejich článku http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1109/1109.4897.pdf tak je pro mě obtížné uvěřit, že někde není schovaná nějaká chybka. Je to pravda pohled technika, zvyklého vše dělat s "rezervou", takže netuším jak velké přesnosti lze doopravdy se současnými technologiemi realisticky dosáhnout. A je mi jasné, že spousta chytrých hlav ji hodně dlouho hledala. Docela mě překvapuje jak v nepoměru je v jejich článku analyzována přesnost elektronické části řetězce - mám na mysli zejména FPGA, které dává časové značky. Je tam jen udáno číslo. Např GPS času a souřadnic je věnováno výrazně více prostoru... Docela by mě zajímalo jaké FPGA je použito, jestli jen "obyčejné deterministické" nebo jestli i nějaké s vestavěným "normálním" procesorem apod. To by mohlo znamenat, že do hry může vstupovat cache-ování apod. (jak to proboha napsat?!) Ono, klidně by mohli dát k dobru i zdroják :-) I když nepředpokládám, že by tam byla chyba, ale ven by to dát mohli. No, podobných spekulací je teď plný internet... Zadně pak by mě zajímal Váš zcela osobní názor - na co byste si vsadil? :)

Odpovědět


Tomáš Crhonek,2011-09-30 11:58:05

Vidím to velmi podobně. Jsa technik vychovaný si všechno změřit včetně přesnosti (a vím, jak složitě se někdy stanovuje) tak mě poněkud dráždí výsledek typu 60ns s 900ns korekcemi. To je pro mě největší zklamání těchto výsledků.

Stále více se nemůžu ubránit dojmu, že jde o PR. Prohlášení "neutrina jsou o 60ns rychlejší než světlo" zní přece jen lépe, než "pomozte nám najít chybu v našem měření". I když jde v podstatě o totéž.

Nemám jim to až tak moc za zlé, vyvolalo to alespoň zájem o základní výzkum a to je vždy dobře. A jako sekundární výsledek může být další zpřesnování měření.

Odpovědět

Rychlost světla

Radek Svoboda,2011-09-30 10:24:02

Dotaz laika - nemůže být problém v nepřesně změřené rychlosti světla?

Co když jsme dosud neměli dostatečně "dobré" vakuum? Co když vakuum obsahuje něco (čti temná hmota), co světlo mírně přibržďuje, zatímco neutrinům je to jedno a sviští kupředu opravdovou rychlostí "c"?

Odpovědět

Klidova hmotnost neutrina a presnost mereni

Martin Tůma,2011-09-30 09:17:14

Dobry den,
v hlave se mi od zverejneni vysledku OPERY honi porad jedna otazka - jaka je klidova hmotnost neutrina a jaka je nejlepsi presnost mereni teto hmotnosti. Neni mozne, ze by neutrina pri oscialaci prochazely stavem "zaporne hmotnosti"?
A jinak samozrejme diky za perfektni clanek, neni nad to po rano si nakrmit si mozek necim vydatnym :)

Odpovědět


Gf Fs,2011-10-01 09:03:27

Hmotnost neutrin zatim nikdo presne neurcil. V jednoduche zkratce, kinematicke experimenty rikaji, ze hmotnost neutrina je mensi nez 2 eV, kosmologie udava hmotnost mensi nez asi 0,3 eV, z oscilacnich experimentu vime, ze alespon 1 ze 3 typu neutrin musi mit hmotnost vetsi nez 0,04 eV. Ve stejnych jednotkach ma elektron hmotnost 511000 eV, tedy je asi milionkrat tezsi. V blizke budoucnosti ma moznost vylepsit nase znalosti experiment KATRIN s citlivosti 0,2 eV a na kosomologickem hristi pak zejmena Planck, ktery by prvni vysledky mohl dodat koncem roku 2012. V te dobe bude KATRIN zahajovat mereni. Experimenty studujici dvojity beta rozpad muzou vysledkem prekvapit prakticky kdykoliv, ovsem tahle cesta k urceni hmoty neutrina je nejobtiznejsi.

Zadny ze soucasnych oscilacnich experimentu nevyzaduje, aby neutrina pri oscilacich prochazely stavem "zaporne hmotnosti". Hypotezu, ze neutrina pri oscilacich nemeni ani hmotnost, ani energii nevyvratil zadny z oscilacnich experimentu.

Odpovědět


Malé doplnění perfektní odpovědi Gf Fs

Vladimír Wagner,2011-10-01 15:11:02

Jen bych si dovolil malá doplnění. Je třeba doplnit, že měření KATRIN (z rozpadu tricia) je jediné modelově nezávislé. Podobné bude kalorimetrické měření rozpadu rhenia. V tomto případě je energie beta přeměny ještě menší než u tricia a tím i výhodnější pro měření hmotnosti neutrina. Experiment s tímto rozpadem MARE bz se mohl časem dostat ještě níže než KATRIN. Určení limity na hmotnost neutrin z kosmologických parametrů závisí na kosmologickém modelu. Možnost určit hmotnost neutrina pomocí dvojného beta rozpadu je možná jedině, jestli je neutrino majoránovské. Pokud ano, pak už se řada připravovaných experimentů dostane k potřebné citlivosti. V tomto případě je však značná nejistota v modelech jader, které jsou důležité pro počítání velikostí maticových elementů zkoumaných přechodů. Tedy silná modelová závislost, která by ovlivňovala přesnost určení hmotnosti při případném pozorování dvojného beta rozpadu.
Otázka je, co myslíte pod pojmem záporná hmotnost a jakou fyzikální interpretaci byste ji přisoudil. Jinak pozorovaná neutrina jsou směsnými stavy neutrin z různou hmotností. Tyto různé hmotnosti by se měly projevovat i v průběhu konce spektra v případě KATRIN, pokud by měla dostatečnou citlivost.

Odpovědět

Roman Rodak,2011-09-30 09:14:35

a majú takúto vlastnosť aj iné elementárne častice? (že sa častica rozhodne čo vlastne je až pri meraní)

aký bol vlastne doteraz predpoklad ohľadom rýchlosti neutrín? mali sa pohybovať presne rýchlosťou svetla, alebo nižšou? a ak nižšou, mala tá rýchlosť závisieť od energie?

Odpovědět


meranie

Marek Fucila,2011-09-30 11:06:52

Ak tomu spravne rozumiem, tak konkretna castica sa o nicom nerozhoduje. My sa rozhodneme ako budeme merat a tym padom urcime ktore castice/ich vlastnosti nameriame a ktore vybranym sposobom uz namerat nemozeme. Kedze ide o vlastnost merania, tak ta neurcitost ma platit pre vsetky castice. Ale mozno som uplne mimo.:-)

Odpovědět


Gf Fs,2011-10-01 09:44:42

Podobnou vlastnost maji neutralni kaony a Bs mesony. Jsou to castice slozene ze dvou kvarku. Zda je povazujete za elementarni zalezi jen na Vas. Mechanismus oscilaci v obou techto pripadech je ponekud odlisny od neutrin.

Odpovědět

Mionová neutrina jsou určitě těžší než elektronová

Z Z,2011-09-30 03:50:10

To potom ako prebieha tá oscilácia? Neutríno zmení skokovo svoju rýchlosť - aby zostala jeho energia zachovaná?

Odpovědět


Jedna z podivností kvantového světa

Vladimír Wagner,2011-09-30 08:15:51

Nefunguje to tak že by se při letu měnilo jednotlivé neutrino jednoho druhu na neutrino druhého druhu a pak zase zpátky. Je to tak, že v určité vzdálenosti zachytíte u velkého souboru neutrin neutrina jednoho druhu s jednou pravděpodobností a neutrina druhého druhu s pravděpodobností doplňkovou. A to u každého s odpovídající rychlostí. Přesně, jak to popisuje příslušná vlnová funkce. Patří to k dalším podivnostem kvantového světa, který je popisován zde: http://www.osel.cz/index.php?clanek=5110

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace