CERN-Gran Sasso 的中微子超光速实验

标签: 未分类 | 发表时间:2011-09-25 03:52 | 作者:方励之 南山
出处:http://fang-lizhi.hxwk.org

从昨天(09/22/2011)旁晚开始,物理界好像炸了锅,疯传一则消息:CERN (日内瓦)和Gran Sasso  (巨岩,意大利)的中微子实验发现,中微子的传播速度超过光速!今天纽约时报等大小报纸也跟着凑热闹:二十世纪最有名的物理公式,

E=mc2

中的c 不是常数了 !似乎爱因斯坦就要完蛋了!

别忙着下结论,先看一下CERN 和Gran Sasso  到底干了什麼。

CERN 和Gran Sasso  两个实验室我都去过。前者拥有世界最大的粒子加速器,后者是世界最大的地下的粒子和天体物理实验室。CERN – Gran Sasso  的中微子实验,想法很简单,如图1所示,在日内瓦的CERN(图左边)产生一束中微子,射向意大利的Gran Sasso  (图右边)。 他们 测量中微子从CERN  飞到Gran Sasso的时间,又知道,CERN  到Gran Sasso的距离,就测得中微子的飞行速度了。

图1:  虚线是 中微子从  CERN  到Gran Sasso  传播途径

由于地球是球状的,中微子从  CERN  到Gran Sasso  的直线传播途径都在地下。中微子可在地球中自由穿行,如入无人之境。中微子传播途径(图1的虚线)对应的地面上,有许多有名的地方:勃朗峰 (阿尔卑斯山的最高峰),Piemonte  (葡萄名酒产地),佛罗伦萨(文艺复兴的源点),Arezzo (著名电影“美丽人生”的故事背景所在地,影片在戛纳电影节试映时,全体观众起立鼓掌长达12分钟之久,个个含泪步出影院。它是我看过的所有二战影片中,最好的)……

中微子地下直线穿行距离732公里,根据中微子在CERN的发射时间和在Gran Sasso 接受时间,就可求出中微子的穿行速度。该实验团队宣称,中微子的穿行速度比标准的光速(299792458  米/秒)大    0.0025%。昨晚,他们的论文已在网上贴出(见arXiv:1109.4897v1),题目是“Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector”,作者共174人,来自大小诸国。在大国中,有法,意,日,德,俄,没有美,英,中。

直到写此文的时候,同行对CERN – Gran Sasso 结果的态度,似乎持保留或观望的居多(当然,我是在美国的统计)。

原因之一是,它与超新星1978A 的观测结果矛盾。超新星爆发时会产生强光及中微子。1978A爆发时,小柴昌俊,(Masatoshi Koshiba,获2002年物理诺奖 )的地下中微子实验室接受到了中微子信号。而且,中微子信号到达时间几乎同1978A的光信号几乎一样。由于1978A距地球约17万光年,如果光速度与中微子速度哪怕只有极小(10-9)的差别,中微子信号也不可能与光信号同时到达地球。跑得快者先到,慢者后到。而CERN – Gran Sasso 结果是光速度与中微子速度有10-5 的差别。果如此,光信号将比中微子信号晚很多年。

所以,还不忙接受CERN – Gran Sasso 的结果。

等等看, CERN – Gran Sasso 的中微子实验结果能否被其他独立的实验证实。日本的超级神冈探测器,美国费米实验室的设备,都可能重复做类似的实验。

有人已经急着建立新理论了,说中微子速度之所以比光快,是因为中微子走了(高维空间中的)捷径云云。暂时不必当真。

1987年,Gran Sasso 实验室正在建设时,我去过一次。Gran Sasso 实验室建在Gran Sasso 山底部。它由三个大山洞组成。山洞之间有隧道相通。与外界联系也是隧道  (图2)

图2:Gran   Sasso 实验室的示意图。它由三个实验室山洞和隧道组成。隧道可通汽车。

Gran Sasso 实验室由意大利修公路的公司承建。意大利的高速公路,山洞极多。给实验室挖几个山洞,不在话下。听说,贵州的高速公路也是意大利公司承建,因为山洞极多。

2006 年,当CERN  – Gran Sasso  中微子实验在建设时,我又去过 Gran Sasso  (图3)。从照片可以看到山洞实验大厅的规模,CERN-Gran Sasso 中微子实验的终端探测器OPERA (The Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus),即建于此大厅里。OPERA这个名字是着意取的,不懂一点威尔弟,普契尼,大概很难混进OPERA 团队。

图3:   2006年我和同事访问CERN-Gran Sasso 中微子实验山洞。

Gran Sasso 是风景旅游胜地(图4)。但在    Gran Sasso实验室里工作,却极为单调烦闷,因为环境孤立。只有在孤立安静的环境中才有可能探测到中微子的微弱信号。在    Gran Sasso实验室,常常雇人来做单

图4,Gran  Sasso  景观

调烦闷的工作,但工资不菲。九十年代时,Gran Sasso实验室一直雇有这类中国雇员。他们大多是中国科学院的年轻研究人员。现在几乎没有了,或雇不到了,因为中国科学院的工资也不菲了。

9/23/ 2011,   Tucson

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