یک فیزیکدان معمای خطای سرعت حرکت نوترینوها را حل کرد
یک فیزیکدان هلندی کشف کرد که حرکت نسبیتی ساعتهای نصب شده بر روی ماهواره های "جی. پی. اس" موجب شده است که سرعت نوترینوها سریعتر از سرعت نور شود و بنابراین بار دیگر نظریه نسبیت انیشتین را تائید کرد.
به گزارش مهر، کمتر از یکماه قبل فیزیکدانان شورای تحقیقات هسته ای اروپا (سرن) و لابراتوارهای "گرن ساسو" در موسسه ملی فیزیک هسته ای ایتالیا که با استفاده از دستگاه آشکارساز "اپرا" در آزمایش Cng 1s (نوترینوی سرن به سمت گرن ساسو) شرکت دارند از یک نتیجه شگفت انگیز در آزمایشات خود خبر دادند. این دانشمندان اعلام کردند که توانسته اند فراتر از سرعت نور حرکت کنند. به طوریکه آشکارساز "اپرا" با دریافت و بررسی بیش از 15 هزار ذره نوترینو که در برخورد دهنده "سوپر سینکروتون پروتون" در سرن تولید شده و با طی مسافت 730 کیلومتر به لابراتوارهای "گرن ساسو" در ایتالیا رسیده بود کشف کرد که این ذرات برای طی این مسافت تنها 2.4 میلی ثانیه را صرف کردند. این مدت زمان 60 میلیاردیم ثانیه نسبت به حداکثر زمان مورد انتظار جلوتر بود و بنابراین در آزمایش Cng 1s که اطلاعات آن در مدت سه سال جمع آوری شده اند ذرات در حدود 60 نانوثانیه سریعتر از نور حرکت کردند. نتایج این تحقیقات شگفت انگیز حاکی از آن است که نوترینوها سرعت 300 هزار کیلومتر بر ثانیه نور را با حدود 20 بخش بر میلیون شکست دادند. این نتایج شگفت انگیز چنان هیجانی را در بین جامعه فیزیک به وجود آورد که در این مدت کوتاه بیش از 80 مقاله بر روی سایت آرشیو arXiv در رد و یا توضیح این اثر منتشر شد. در ادامه این بررسیها، اکنون "رونالد فن البرگ" در دانشگاه "گرونینگن" در هلند استدلالی را ارائه کرده است که خطای آزمایش اپرا را نشان می دهد و بار دیگر نظریه نسبیت خاص انیشتین را تائید می کند. آزمایش اپرا برپایه اندازه گیریهای مفاهیم ساده فاصله و زمان نتیجه گرفته است که ذرات نوترینو 60 نانو ثانیه سریعتر از نور حرکت کرده اند. در این اندازه گیری، مفهوم فاصله مشخص است به طوریکه موقعیت تولید نوترینوها در سرن به آسانی با استفاده "جی. پی. اس" قابل شناسایی است اما تعیین موقعیت "گرن ساسو" به دلیل اینکه در زیر کوه قرار گرفته دشوارتر است. با وجود این، دانشمندان آزمایش اپرا گفته اند که فاصله میان سرن و گرن ساسو با یک عدم اطمینان 20 سانتیمتر برابر با 730 کیلومتر است. این درحالی است که اندازه گیری زمان حرکت توترینو بسیار دشوار است. تیم اپرا اظهار داشته است که لحظه تولید نوترینوها و لحظه رسیدن آنها به آشکارساز اپرا را با استفاده از ساعتها و با دقت می توان اندازه گیری کرد و در اینجا نکته ای که موجب خطا می شود خود را نشان می دهد. درحقیقت، این تیم از ماهواره های "جی. پی. اس" که سیگنالهای زمان را از مدار حدود 20 هزار کیلومتری بالای زمین ارسال می کنند برای اندازه گیری زمان استفاده کرده است. هرچند فیزیکدانان آزمایش اپرا تائید کرده اند که پیچیدگیهایی چون زمان سفر سیگنالهای "جی. پی. اس" را در نظر گرفته اند باوجود این، "فن البرگ" توضیح داده که اثری وجود دارد که به نظر می رسد تیم اپرا از آن چشم پوشی کرده است. این اثر نادیده گرفته شده، حرکت نسبیتی ساعتهای "جی. پی. اس" است.
دستگاه آشکارساز اپرا در لابراتوار گرن ساسو
به گزارش تکنولوژی ریوو، به گفته این محقق، ساده است که فکر کنیم حرکت ماهواره ها برای بررسی سرعت حرکت نوترینوها خارج از موضوع است. درحقیقت، امواج رادیویی در حمل سیگنال زمان صرف نظر از سرعت ماهواره های "جی. پی. اس" باید با سرعت نور حرکت کنند، اما در اینجا به تیزبینی بیشتری نیاز است. به طوریکه، اگرچه سرعت نور به چارچوب منبع بستگی ندارد، اما به زمان حرکت بستگی دارد.
در مورد نوترینوها، دو چارچوب منبع وجود دارد که یکی آشکارساز زمینی و دیگر ساعتهای ماهواره ها است. اگر این دو منبع نسبت به یکدیگر حرکت کنند بنابراین نیاز دارند که باهم کار کنند.
در اینجا این سئوال مطرح می شود که حرکت ماهواره ها نسبت به آزمایش اپرا چگونه بوده است؟
این ماهواره ها در مدار غرب به شرق را با یک شیب 55 درجه نسبت به خط استوا حرکت می کنند که تقریباً در همان خط مسیر حرکت نوترینوها بوده است. بنابراین حرکت نسبیتی این دو منبع به راحتی قابل محاسبه است. به این ترتیب، از دیدگاه یک ساعت نصب شده بر روی ماهواره "جی. پی. اس"، موقعیتهای چشمه نوترینوها و دستگاه آشکارساز درحال تغییر هستند.
این فیزیکدان توضیح داد: "از چشم انداز ساعت، آشکارساز درحال حرکت به سوی چشمه نوترینو است و در نتیجه فاصله طی شده توسط این ذرات از منظر ساعت کوتاه تر است. این بدان معنی است که این فاصله نسبت به فاصله اندازه گیری شده در چارچوب منبع زمینی کوتاهتر است. تیم اپرا از این مسئله چشم پوشی کرد چراکه فکر می کرد این ساعتهای مدارگرد همانند ساعتهای زمینی رفتار می کنند."
"فن البرگ" محاسبه کرد که با در نظر گرفتن حرکت ساعتها، نوترینوها 32 نانوثانیه زودتر از سرعت نور می رسند.
اما این سرعت به دلیل اینکه این خطا در هر پایان آزمایش تکرار می شود باید دو برابر شود و بنابراین در مجموع، ذرات نوترینو با در نظر گرفتن این خطا باید 64 ثانیه زودتر از سرعت نور به آشکارساز برسند که این مشابه همان نتیجه ای است که تیم اپرا به دست آورده است.
به این ترتیب، درصورتیکه محاسبات این فیزیکدان هلندی از سوی جامعه علمی تائید شود نظریه نسبیت انیشتین همچنان تائید شده به قوت خود باقی است.
به گزارش مهر، کمتر از یکماه قبل فیزیکدانان شورای تحقیقات هسته ای اروپا (سرن) و لابراتوارهای "گرن ساسو" در موسسه ملی فیزیک هسته ای ایتالیا که با استفاده از دستگاه آشکارساز "اپرا" در آزمایش Cng 1s (نوترینوی سرن به سمت گرن ساسو) شرکت دارند از یک نتیجه شگفت انگیز در آزمایشات خود خبر دادند. این دانشمندان اعلام کردند که توانسته اند فراتر از سرعت نور حرکت کنند. به طوریکه آشکارساز "اپرا" با دریافت و بررسی بیش از 15 هزار ذره نوترینو که در برخورد دهنده "سوپر سینکروتون پروتون" در سرن تولید شده و با طی مسافت 730 کیلومتر به لابراتوارهای "گرن ساسو" در ایتالیا رسیده بود کشف کرد که این ذرات برای طی این مسافت تنها 2.4 میلی ثانیه را صرف کردند. این مدت زمان 60 میلیاردیم ثانیه نسبت به حداکثر زمان مورد انتظار جلوتر بود و بنابراین در آزمایش Cng 1s که اطلاعات آن در مدت سه سال جمع آوری شده اند ذرات در حدود 60 نانوثانیه سریعتر از نور حرکت کردند. نتایج این تحقیقات شگفت انگیز حاکی از آن است که نوترینوها سرعت 300 هزار کیلومتر بر ثانیه نور را با حدود 20 بخش بر میلیون شکست دادند. این نتایج شگفت انگیز چنان هیجانی را در بین جامعه فیزیک به وجود آورد که در این مدت کوتاه بیش از 80 مقاله بر روی سایت آرشیو arXiv در رد و یا توضیح این اثر منتشر شد. در ادامه این بررسیها، اکنون "رونالد فن البرگ" در دانشگاه "گرونینگن" در هلند استدلالی را ارائه کرده است که خطای آزمایش اپرا را نشان می دهد و بار دیگر نظریه نسبیت خاص انیشتین را تائید می کند. آزمایش اپرا برپایه اندازه گیریهای مفاهیم ساده فاصله و زمان نتیجه گرفته است که ذرات نوترینو 60 نانو ثانیه سریعتر از نور حرکت کرده اند. در این اندازه گیری، مفهوم فاصله مشخص است به طوریکه موقعیت تولید نوترینوها در سرن به آسانی با استفاده "جی. پی. اس" قابل شناسایی است اما تعیین موقعیت "گرن ساسو" به دلیل اینکه در زیر کوه قرار گرفته دشوارتر است. با وجود این، دانشمندان آزمایش اپرا گفته اند که فاصله میان سرن و گرن ساسو با یک عدم اطمینان 20 سانتیمتر برابر با 730 کیلومتر است. این درحالی است که اندازه گیری زمان حرکت توترینو بسیار دشوار است. تیم اپرا اظهار داشته است که لحظه تولید نوترینوها و لحظه رسیدن آنها به آشکارساز اپرا را با استفاده از ساعتها و با دقت می توان اندازه گیری کرد و در اینجا نکته ای که موجب خطا می شود خود را نشان می دهد. درحقیقت، این تیم از ماهواره های "جی. پی. اس" که سیگنالهای زمان را از مدار حدود 20 هزار کیلومتری بالای زمین ارسال می کنند برای اندازه گیری زمان استفاده کرده است. هرچند فیزیکدانان آزمایش اپرا تائید کرده اند که پیچیدگیهایی چون زمان سفر سیگنالهای "جی. پی. اس" را در نظر گرفته اند باوجود این، "فن البرگ" توضیح داده که اثری وجود دارد که به نظر می رسد تیم اپرا از آن چشم پوشی کرده است. این اثر نادیده گرفته شده، حرکت نسبیتی ساعتهای "جی. پی. اس" است.
دستگاه آشکارساز اپرا در لابراتوار گرن ساسو
به گزارش تکنولوژی ریوو، به گفته این محقق، ساده است که فکر کنیم حرکت ماهواره ها برای بررسی سرعت حرکت نوترینوها خارج از موضوع است. درحقیقت، امواج رادیویی در حمل سیگنال زمان صرف نظر از سرعت ماهواره های "جی. پی. اس" باید با سرعت نور حرکت کنند، اما در اینجا به تیزبینی بیشتری نیاز است. به طوریکه، اگرچه سرعت نور به چارچوب منبع بستگی ندارد، اما به زمان حرکت بستگی دارد.
در مورد نوترینوها، دو چارچوب منبع وجود دارد که یکی آشکارساز زمینی و دیگر ساعتهای ماهواره ها است. اگر این دو منبع نسبت به یکدیگر حرکت کنند بنابراین نیاز دارند که باهم کار کنند.
در اینجا این سئوال مطرح می شود که حرکت ماهواره ها نسبت به آزمایش اپرا چگونه بوده است؟
این ماهواره ها در مدار غرب به شرق را با یک شیب 55 درجه نسبت به خط استوا حرکت می کنند که تقریباً در همان خط مسیر حرکت نوترینوها بوده است. بنابراین حرکت نسبیتی این دو منبع به راحتی قابل محاسبه است. به این ترتیب، از دیدگاه یک ساعت نصب شده بر روی ماهواره "جی. پی. اس"، موقعیتهای چشمه نوترینوها و دستگاه آشکارساز درحال تغییر هستند.
این فیزیکدان توضیح داد: "از چشم انداز ساعت، آشکارساز درحال حرکت به سوی چشمه نوترینو است و در نتیجه فاصله طی شده توسط این ذرات از منظر ساعت کوتاه تر است. این بدان معنی است که این فاصله نسبت به فاصله اندازه گیری شده در چارچوب منبع زمینی کوتاهتر است. تیم اپرا از این مسئله چشم پوشی کرد چراکه فکر می کرد این ساعتهای مدارگرد همانند ساعتهای زمینی رفتار می کنند."
"فن البرگ" محاسبه کرد که با در نظر گرفتن حرکت ساعتها، نوترینوها 32 نانوثانیه زودتر از سرعت نور می رسند.
اما این سرعت به دلیل اینکه این خطا در هر پایان آزمایش تکرار می شود باید دو برابر شود و بنابراین در مجموع، ذرات نوترینو با در نظر گرفتن این خطا باید 64 ثانیه زودتر از سرعت نور به آشکارساز برسند که این مشابه همان نتیجه ای است که تیم اپرا به دست آورده است.
به این ترتیب، درصورتیکه محاسبات این فیزیکدان هلندی از سوی جامعه علمی تائید شود نظریه نسبیت انیشتین همچنان تائید شده به قوت خود باقی است.
