شبح الأوبرا: تكرر OPERA تجربة النيوترينو الأسرع من الضوء بعد الانتقادات

تستمر ملحمة نيوترينو التاكيون. كما تتذكرون، قامت مجموعة أوبرا بنشر مقالة مطبوعة مسبقًا على موقع arXiv - وهي قاعدة بيانات للمقالات غير العلمية. ويعني قرار إعادة التجربة أن المجموعة ستتأخر في تقديم نتيجتها في مقال لمجلة شيفيت لمدة شهر تقريبًا.

قررت مجموعة OPERA، مشروع التذبذب باستخدام جهاز تتبع المستحلب، الذي تصدرت عناوين الأخبار في جميع أنحاء العالم الشهر الماضي عندما أعلنت أنها رصدت نيوترينوات تتحرك بسرعة أسرع من الضوء، إجراء قياسات جديدة ودقيقة للغاية لإعادة فحص نتائجها المثيرة للجدل. من المحتمل أن يتم إجراء القياسات الأسبوع المقبل ومن المحتمل أن تستمر لمدة عشرة أيام.

تستمر ملحمة نيوترينو التاكيون. كما تتذكرون، قامت مجموعة أوبرا بنشر مقالة مطبوعة مسبقًا على موقع arXiv - وهي قاعدة بيانات للمقالات غير العلمية. ويعني قرار إعادة التجربة أن المجموعة ستتأخر في تقديم نتيجتها في مقال لمجلة شيفيت لمدة شهر تقريبًا.

جاءت هذه الخطوة أيضًا في أعقاب موجة من المقالات التي تدفقت على موقع arXiv - بما في ذلك مناقشات المنتديات ومشاركات المدونات - حيث اختلف معظمهم بشدة مع ادعاء المجموعة بأن سرعة النيوترينوات يمكن أن تتجاوز سرعة الضوء حتى ببضعة نانو ثانية. وكان الاعتراض القوي بشكل خاص على الادعاء القائل بأنه ربما تم الإعلان عن هذه النتيجة بسرعة كبيرة قبل أن يتم اختبارها بدقة.

في المرة القادمة التي تعتقد فيها أنك ربما اكتشفت أن "أينشتاين كان مخطئًا"، عد أولاً إلى المختبر عدة مرات قبل أن تخرج بهذا الإعلان، لأن خادم arXiv سيكون مليئًا بكميات كبيرة من المقالات المعارضة والغاضبة إذا لم تفعل ذلك. ر.
يقع كاشف OPERA تحت جبل غران سيسو في وسط إيطاليا. يدرس هذا الكاشف خصائص النيوترينوات التي تنتقل لمسافة 730 كيلومترًا عبر القشرة الأرضية بعد تكوينها في مختبر CERN في جنيف. في ورقة بحثية أعدتها مجموعة OPERA تم تحميلها إلى مستودع arXiv في 22 سبتمبر، ذكرت المجموعة أن النيوترينوات التي تم رصدها بين عامي 2009 و2011 بدت وكأنها تتحرك أسرع من الضوء، حيث وصلت حوالي 60 نانو ثانية قبل الموعد المتوقع من الحسابات الدقيقة.

يعتقد بعض أعضاء المجموعة المكونة من 160 شخصًا أن هناك حاجة إلى اختبارات إضافية للتأكد تمامًا من أن النتيجة التي تم الحصول عليها ليست بسبب خطأ في القياس. في الواقع، كان هناك جدل ساخن داخل المجموعة نفسها، حول ما إذا كان ينبغي إجراء هذه الاختبارات الإضافية قبل تقديم المقال للنشر في مجلة شيفيت.

من بين المجموعة، عارض بعض قادة المجموعة الثلاثين بشكل عام إصدار النسخة الأولية إلى خادم arXiv وعارضوا أيضًا الندوات التي أعقبت إصدار هذه المقالة وعارضوا أيضًا المؤتمر الصحفي. لقد اعترضوا على النشر قبل إجراء المزيد من الاختبارات للتأكد من عدم دخول أي أخطاء منهجية (أي الأخطاء الناشئة عن النظام التجريبي) في التجربة. ويبدو الآن أن الذين حثوا على أخذ المزيد من الحذر وإجراء هذه الاختبارات الضرورية، هم الذين قلبوا الموازين؛ ففي نهاية المطاف، يعارض نصف أعضاء المجموعة تقديم المقال للنشر، وسيتم بالفعل إجراء سلسلة جديدة من الاختبارات قبل تقديم المقال للنشر.

ستكون التجربة الجديدة التي سيتم إجراؤها في الأسبوع المقبل مرتبطة بتغيير الإعداد التجريبي: سيتم تغيير شعاع النيوترينوات من CERN. تنتج CERN الجسيمات في SPS Super Proton Synchrotron (المرحلة الأخيرة في إنتاج البروتونات النشطة) عن طريق إرسال دفعات من نبضات البروتون التي تضرب هدف الجرافيت، في حين يبلغ طول كل نبضة 10,500 نانو ثانية. وبهذه الطريقة، تتشكل العناصر الغذائية غير المستقرة التي تتحلل إلى النتريت المتأين. تنتقل البروتونات بسرعة قريبة من سرعة الضوء، ولكن ليس بسرعة الضوء. لكن النيوترينوات، كتلتها صغيرة جدًا، من المفترض أن تتحرك بسرعة تساوي سرعة الضوء أو قريبة جدًا منه.

وفيما يلي شرح الخلق شعاع البروتون في مصادم الهادرونات الكبير في: CERN
قام الباحثون أولاً بحساب توزيع البروتونات مع مرور الوقت (مما أدى إلى نشوء شعاع النيوترينوات). وهذه تتوافق مع تفاعلات النتريت المجمعة في كاشف OPERA. كل هذا من أجل الحصول على الوقت التقريبي الذي انبعثت فيه النتريت في النطاق الذي تشكلت فيه في SPS.

وفيما يلي شرح مفصل:

الهدف هو قياس زمن انتقال النيوترينوات من المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) إلى غران ساسو (Gran Sasso)، على افتراض أن سرعة الضوء ثابتة. تم قياس وقت السفر من خلال حقيقة أن الباحثين قارنوا توزيعين، توزيع البروتونات مع مرور الوقت - البروتونات التي تم إنشاؤها في CERN، وتوزيع النيوترينوات مع مرور الوقت - النيوترينوات المكتشفة في OPERA. عندما يتطابق التوزيعان تمامًا، يتم الحصول على وقت السفر. ما هي المشكلة في هذه الخطوة؟

لنفترض أننا نجري تجربة مثالية ولسنا مطالبين بحساب توزيع نبضات البروتونات العديدة على جانب واحد ومطابقتها لتوزيع نبضات النيوترينوات على الجانب الآخر. ولكن بدلًا من ذلك، نقيس كل بروتون على جانب واحد ونطابقه مع كل نيوترينو نكتشفه على الجانب الآخر. وإلا فإن خطوة الباحثين كانت ستنجح بنسبة 100%.

تبدأ المشكلة عندما يرسل SPS البروتونات على شكل نبضات، 1020 بروتونًا في كل نبضة، مما يؤدي إلى تكوين كتل من النيوترينوات. تسابقت النتريتات عبر مسافة 730 كيلومترًا باتجاه مختبر غران سيسو. لكن نسبة صغيرة جدًا فقط من النيوترينوات المتولدة على جانب CERN تمر عبر كاشف OPERA ويتم جمعها بواسطته. وتبين أن حوالي 16,000 نيوترينو فقط تفاعلت في OPERA خلال السنوات الثلاث التي أجريت فيها التجربة. وهذه نسبة ضئيلة جدًا من النيوترينوات التي تم إنشاؤها في جانب CERN الآن نحسب توزيع البروتونات مع مرور الوقت في جانب CERN ونحسب توزيع النيوترينوات على الوقت الذي مر في كاشف OPERA على Gran جانب ساسو.

جادل النقاد بأنه لم يكن من الممكن حقًا الربط بين التوزيعتين، توزيع البروتونات التي تنتجها CERN وتوزيع النيوترينوات التي وصلت إلى OPERA. في CERN يتم تضمين جميع البروتونات في القياس. ومع ذلك، بحلول الوقت الذي وصل فيه الشعاع إلى غران سيسو، كان قد ضعف بالفعل وكان كاشف OPERA يتفاعل فقط مع بعض النيوترينوات الموجودة في الشعاع. ولذلك، فإن الارتباط بين الوقت الذي تم فيه إنشاء النيوترينوات والوقت الذي وصلت فيه فعليًا إلى OPERA يمكن أن يشوه التوافق بين التوزيعين ويدخل عدم اليقين في حساب سرعة النيوترينوات.

وبتكرار التجربة، قررت المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) تقسيم نبضات البروتونات بحيث يتم تقسيم كل نبضة إلى نبضات يبلغ طولها من 1 إلى 2 نانو ثانية. بين كل نبضة سيكون هناك فاصل زمني قدره 500 نانو ثانية. ويعني التغيير أنه سيكون من الممكن ربط كل حدث نيوترينو مسجل في كاشف OPERA بنبض بروتون محدد. سيسمح هذا بقياس دقيق جدًا لزمن انتقال النيوترينوات، وهو الوقت الذي تستغرقه النيوترينوات في السفر بين مختبري CERN وGran Sasso. لا يزال النقاد غير راضين ويشككون في أن هذا القياس قد لا يكون موثوقًا به...
تشير المصادر إلى أن المجموعة تقوم بإجراء القياسات على مدى بضعة أيام فقط، ربما تبدأ الأسبوع المقبل، وخلال هذه الفترة قد تعترض حوالي 12 نيوترينو في OPERA. من الممكن أنه من خلال القيام بذلك، ستقوم المجموعة بتوليد بيانات كافية إما لدحض أو التحقق من الجزء الأكبر من السبب وراء نتائجهم.

في هذه الأثناء، يتم إجراء عدد من الاختبارات بعد العديد من المقالات التي تم تحميلها على خادم arXiv بواسطة فيزيائيين آخرين كرد على التجربة الأولى المعنية. اقترح البعض الآثار النظرية لسفر النيوترينوات بسرعات فائقة الضوء، وجادل البعض بأن النتيجة يجب أن تكون خاطئة لسبب ما. على ما أذكر، هناك مقال شفهي كتبه أندرو كوهين وشيلدون جلاشو من جامعة بوسطن. حاول فريق كاشف ICARUS التحقق من نتيجة OPERA بناءً على مقالة كوهين ونظر في البيانات التي تم جمعها في كاشف ICARUS منذ عام 2010. لا يقيس كاشف ICARUS سرعة النيوترينوات بشكل مباشر، ولكن بدلاً من ذلك يقيس الطاقة الطيفية لشعاع النيوترينوات الذي ينتقل. من CERN إلى غران ساسو. ووجد فريق ICARUS أنه على الرغم من أن التأثير الذي وصفه كوهين وجالوشو -وتوقعوا أن يكتشفوه في تجربة OPERA إلى الحد الذي تتحرك فيه النيوترينوات بسرعة على أوريت- لا يحدث في شعاع النيوترينو CERN الخاص بـ OPERA. لا أرى هذا التأثير وكان ادعاء كوهين وجالوشو هو أن النيوترينوات بالتالي لا تتحرك بسرعة على أوريت. وأوضح فريق ICARUS: مثل هذا التأثير غير موجود، وبالتالي لم ترصده OPERA.

تجربة إيكاروس:

للحصول على معلومات حول هذا الموضوع في الطبيعة