Баннер
СРОЧНО!

Домой Добавить в закладки Twitter RSS Карта сайта

Быстрее света только слухи Печать
06.10.2011 08:22

Эту фразу университетского преподавателя физики вспомнила канадская сотрудница Европейского центра ядерных исследований Полин Ганьон в своем блоге на сайте ЦЕРНа.  Новость о превышении пучком нейтрино скорости света со скоростью слухов 23 сентября распространили все мировые информационные агентства, каналы радио и телевидения, серьезные и курьезные газеты. Мир перевернулся?

 

В тот же день, 23 сентября, в Женеве, в ЦЕРНе состоялся специальный семинар для обсуждения сенсационного результата, полученного в эксперименте OPERA (детекторы этой установки были созданы при участии дубненских физиков). В зале не хватило мест для желающих участвовать в обсуждении. Дискуссию транслировали живьем по интернету на весь мир.

 

Через три дня такой же семинар прошел в Дубне, в Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ. Конференц-зал ЛЯП тоже не смог вместить всех, кто хотел бы прикоснуться к сенсации. С сольной партией, то есть, простите, с подробным докладом о результатах эксперимента OPERA, выступил входящий в состав  его действующих лиц начальник сектора ЛЯП Юрий Горнушкин.

А в чем, собственно, дело?

Дело в том, что современные законы физики, которыми описывается жизнь на Земле и во всей Вселенной, определенно устанавливают: скорость движущихся объектов (включая элементарные частицы) не может превышать скорость света. Смысл утверждающих это формул теории относительности можно описать коротко: скорость света невозможно превысить потому, что всякому следствию предшествует его причина. Если бы в мире, где мы живем,  некоторые объекты путешествовали быстрее скорости света, то они нарушали бы причинно-следственную связь. Иными словами, если бы существовали сверхсветовые объекты, то происходили бы совершенно невозможные вещи: кошка сначала орет благим матом из-за того, что ей придавили хвост, и только после этого хвост ей действительно придавливают. Перспектива такого фантастического поворота событий обнаружилась, когда коллаборация физиков, работающих в эксперименте OPERA, обработала данные, полученные с одноименного детектора.

При чем тут опера?

Сначала опера в смысле музыкального спектакля была абсолютно ни при чем. Просто физики привыкли изобретать аббревиатуры названий своих экспериментов так, чтобы они складывались в какое-нибудь яркое слово. Название OPERA получилось следующим манером. Из полного названия эксперимента – пяти английских слов Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus (проект поиска осцилляций на эмульсионно-трековом детекторе) – взяли по одной заглавной (или почти заглавной) букве, чтобы получившаяся последовательность пяти букв дала что-то осмысленное. Видно, судьбе было угодно, чтобы смысл слова «опера» определил развитие эксперимента OPERA как красочного спектакля. В том, что он музыкальный, мы убедились, услышав «фанфары» средств массовой информации, передавших всему миру известие о возможном превышении скорости света.

OPERA готовилась, как Большой театр

Реконструкция Большого театра началась в 2005 году, чтобы сделать это массивное историческое здание высокотехнологичным даже в самых малых деталях и этим дать возможность раскрыться новым граням музыкального искусства.

Эксперимент OPERA был задуман, чтобы наиболее детально представить превращение одного вида нейтрино в другой: мюонных нейтрончиков – в тау-нейтрончики. Это превращение должно было раскрыть новые грани наших знаний о природе.

Пучок мюонных нейтрино производит в Женеве ускоритель ЦЕРНа SPS. Сквозь толщу горных пород этот пучок (пусть не звуковая, как в настоящей опере, но практически световая волна) направляется под землей через пол-Италии в путь длиной 730 км и ловится на глубине полтора километра подземным детектором вблизи итальянского горного курорта Гран Сассо.Чем не впечатляющий спектакль в роскошных декорациях?

В 2003 году в Национальной лаборатории Гран Сассо международной коллаборацией 200 ученых из  39 институтов 12 стран мира началось строительство детектора OPERA.Так называемые сцинтилляционные стрипы этого детектора сделали в харьковском Институте сцинтилляционных материалов по технологиям, разработанным совместно с группой физиков из ЛЯП ОИЯИ.

Стрип-пластика

Словосочетание «сцинтилляционный стрип», на котором застревает язык и вянет интерес человека, далекого от физики, не означает ничего страшного и скучного. Наоборот, эти два слова обозначают красиво мерцающую полоску (strip – полоса, scintillate – сверкать, в переводе с английского). Полоска из специального пластика вспыхивает светом в момент, когда на нее попадает заряженная частица. Вот так, просто, сцинтилляционный стрип сообщает о том, что он зафиксировал какую-то элементарную частицу.

У нейтрино заряда нет. И оттого, проходя через сцинтилляционный стрип, нейтрончик свечения вызвать не может. Зато при столкновении нейтрино с протонами (ядрами атомов любого вещества) образуются другие частицы. В том числе и заряженные. Сцинтиллятор реагирует на них и таким способом «высвечивает» нейтрино, которое имеет привычку оставаться в тени.

Плоскости сцинтилляторов собрали во французском Страсбурге из пластиковых сцинтилляционных полосок семиметровой длины, изготовленных в Харькове (70 тонн за 2 года). Туда же, в Страсбург, для сборки плоскостей прибыла группа физиков из ОИЯИ. Интернациональная команда протестировала и откалибровала собранный сцинтилляционный детектор, после чего он отправился в Гран Сассо.

Свинцовые сэндвичи

Кроме электронных детекторов, к которым относятся сцинтилляционные стрипы, в эксперименте ОПЕРА используются 155 тысяч эмульсионных детекторов – «кирпичей», состоящих из 9 миллионов свинцовых пластин, покрытых толстым слоем фотоэмульсии. Такая комбинация детекторов дает возможность детально рассмотреть точку взаимодействия нейтрино с протоном.

Свинец выбран из-за своей высокой плотности. Чем плотнее вещество, тем больше в нем протонов, а значит тем выше вероятность взаимодействия этого вещества с нейтрино (ускользающая частица не всегда «идет на контакт»).

В толстом слое фотоэмульсии, как на фотоснимке, отпечатываются следы пролетающих сквозь нее частиц. Поэтому, изучая под микроскопом пластину за пластиной, с микронной точностью удается определить место, где нейтрончик столкнулся с протоном и брызнул «фонтаном» других частиц.

В целом детектор OPERA выглядит, как сэндвич из свинцовых «кирпичей», проложенных сцинтилляционными плоскостями. Как только определенная полоска засветилась, робот-манипулятор подъезжает к ней и вынимает лежащий перед ней «кирпич». Этот кусок свинцовой начинки доставляется для проявки и сканирования каждой фотопластины на предмет определения места финиша нейтрино, выпущенного в ЦЕРНе.

Как вычисляют скорость нейтрино

Светящиеся полоски указывают лишь на то, что «здесь было нейтрино». Чтобы выяснить, с какой скоростью оно туда прибыло, надо знать точную координату его начала и конца пути.

Начало пути известно: мишень ускорителя SPS в тоннеле под Женевой. Эта мишень неизменно стоит на месте. Конец пути у каждого из нейтрино – свой, в детекторе OPERA, точнее в той его части, где засветились полоски. По ним определяется точное место и время прихода нейтрино.

Все работает правильно… или нет?

Точность эксперимента OPERA – грандиозная. Расстояние под землей от старта до финиша нейтрино специальные геодезические службы Германии и Швейцарии определили с точностью до 20 см. Учли даже сдвиг породы в результате недавнего землетрясения в Аквиле. Синхронизация времени рождения пучка нейтрино в ЦЕРНе и прибытия его в Гран Сассо велась с помощью спутников навигационной системы GPS с погрешностью в 10 наносекунд. И вот вам фантастический результат, который, не поверив своим глазам, физики анализировали 3 года: вычисленная по координатам и времени пролета между Женевой и Гран Сассо скорость нейтрино превышает скорость света на 20 миллионных долей (0,002 %). Превышение, вроде бы, ничтожное, но здесь важна не цифра, а принцип. Именно поэтому 23 сентября коллаборация OPERA решила широко обнародовать полученный казус. Его роль так важна для современной науки, что нужны общие усилия ученых всего мира для выяснения либо ошибки эксперимента, либо факта прорыва физической теории в пока неизвестную область знания.

И на семинаре в ЦЕРНе 23 сентября, и на семинаре в Дубне 27 сентября обсуждали вероятные причины, которые могли бы объяснить это сенсационное отклонение погрешностью приборов, методики или методов обработки данных эксперимента. И в ЦЕРНе, и в Дубне звучали похожие предположения и гипотезы. Обсуждения неожиданного результата будут продолжаться и в других физических центрах России и мира. А пока для большего контроля предложено дополнительно использовать монитор мюонов в ЦЕРНе, где рождается пучок нейтрино, и изменить структуру самого пучка. Одновременно данные эксперимента OPERA будут проверяться в других независимых экспериментах. Один из них – MINOS, получающий пучок нейтрино с американского тэватрона в Национальной лаборатории имени Ферми.


НЕЙТРИНО
– электрически нейтральные частицы малой энергии, чрезвычайно слабо взаимодействуют с веществом. Каждую секунду через площадку на Земле в 1 кв. см проходит около 60 миллиардов нейтрино, испущенных Солнцем, но никакого воздействия на тело человека они не оказывают. Нейтрино высоких энергий обнаруживаются по их взаимодействию с мишенями. Существование этой частицы предсказал швейцарский физик Вольфганг Паули, а название она получила от итальянского физика Энрико Ферми. Нейтрино переводится на русский как «нейтрончик».

Наталия Теряева

 

Читайте на эту тему еще:

Молодые ученые из стран СНГ

О пользе курсов «СИН-НАНО»

Почувствовать настоящую науку

На учебу в ОИЯИ – с разных континентов

To JINR from all continents

К мировому лидерству

Студенты из ЕГИПТА: «Для восстановления страны надо много работать!»

Выбор сделан

Продолжение Дубны (интервью с академиком Виктором Анатольевичем МАТВЕЕВЫМ, директором ОИЯИ)

Как САХАРОВ послал в космос ГАГАРИНА

Повелитель меченых нейтронов. История Михаила Сапожникова

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

 
< Октября 2011 >
П В С Ч П С В
          1 2
3 4 5 7 8 9
10 11 12 13 14 15 16
17 18 19 20 21 22 23
24 25 26 27 28 29 30
31            

Простая математика
Курсы валют на 29 Июля (cbr.ru)
byrBYR30.68(+0.11)
usdUSD59.54(+0.13)
eurEUR69.68(+0.04)
uah10 UAH22.98(+0.05)
Встреча, Газета , Ооо