Tidigare i år meddelade ett internationellt forskargrupp att de hade hittat neutrinoer - små partiklar med en lika liten men icke-nollmassa - som reser snabbare än ljusets hastighet. En fysiker som svarade på samtalet var Dr. Ramanath Cowsik. Han fann en potentiellt dödlig brist i experimentet som utmanade förekomsten av snabbare än ljusneutrino.
Superluminala (snabbare än lätta) neutrinoer var resultatet av OPERA-experimentet, ett samarbete mellan CERNs fysiklaboratorium i Genève, Schweiz och Laboratori Nazionali del Gran Sasso i Gran Sasso, Italien.
Experimentet justerade neutrino när de reste 730 kilometer (cirka 450 mil) genom jorden från deras ursprungspunkt vid CERN till en detektor i Gran Sasso. Teamet blev chockat över att upptäcka att neutrinoerna anlände till Gran Sasso 60 nanosekunder förr än de skulle ha gjort om de skulle resa med ljusets hastighet i vakuum. Kort sagt verkade de vara superluminala.
Detta resultat skapade antingen ett problem för fysik eller ett genombrott. Enligt Einsteins teori om speciell relativitet kan varje partikel med massa komma nära ljusets hastighet men kan inte nå den. Eftersom neutrino har massa, borde superluminala neutrino inte existera. Men de gjorde det på något sätt.
Men Cowsik ifrågasatte neutrinos ursprung. OPERA-experimenten genererade neutrino genom att slänga protoner i ett stationärt mål. Detta producerade en puls av pioner, instabila partiklar som magnetiskt fokuserades in i en tunnel där de ruttnade till neutrinoer och muoner (en annan liten elementär partikel). Muonerna gick aldrig längre än tunneln, men neutrinoerna, som kan glida genom materien som ett spöke passerar genom en mur, fortsatte att gå mot Gran Sasso.
Cowsiks och hans team tittade noga på detta första steg i OPERA-experimentet. De undersökte om "pion-sönderfall skulle producera superluminala neutrino, förutsatt att energi och momentum bevaras," sade han. OPERA-neutrinoerna hade mycket energi men mycket liten massa, så frågan var om de verkligen kunde röra sig snabbare än ljus.
Vad Cowsik och hans team fann var att om neutrinoer producerade från en pionförfall reste snabbare än ljus, skulle pionlivslängden bli längre och varje neutrino skulle bära en mindre bråkdel av den energi den delar med muon. Inom den nuvarande fysikramen skulle superluminala neutrinoer vara mycket svåra att producera. "Vad är mer", förklarar Cowsik, "dessa svårigheter skulle bara öka när pion-energin ökar.
Det finns en experimentell kontroll av Cowsiks teoretiska slutsats. CERNs metod för att producera neutrino dupliceras naturligt när kosmiska strålar träffar jordens atmosfär. Ett observatorium som heter IceCube inrättas för att observera dessa naturligt förekommande neutrinoer i Antarktis; när neutrinoer kolliderar med andra partiklar, genererar de muoner som lämnar spår av ljus blinkar när de passerar genom ett nästan 2,5 kilometer (1,5 mil) tjockt block av klar is.
IceCube har upptäckt neutrinoer med energi som är 10.000 gånger högre än någon som genererats som en del av OPERA-experimentet, vilket lett till att Cowsik drar slutsatsen att deras förälderspioner måste ha motsvarande höga energinivåer. Hans teams beräkningar baserade på lagar om bevarande av energi och fart visade att livslängden för dessa pioner borde vara för lång för att de skulle försvinna till superluminala neutrino.
Som Cowsik förklarar är IceCubes upptäckt av neutrinoer med hög energi en indikation på att pioner förfaller enligt fysikens standardidéer, men neutrinoerna kommer bara att närma sig ljusets hastighet; de kommer aldrig att överskrida det.
Källa: Pions vill inte förfalla till snabbare ljusneutrinoer
