Tidligere i år kunngjorde et internasjonalt team av forskere at de hadde funnet nøytrinoer - bittesmå partikler med en like liten, men ikke-null masse - som reiser raskere enn lysets hastighet. En fysiker som svarte på samtalen var Dr. Ramanath Cowsik. Han fant en potensielt dødelig feil i eksperimentet som utfordret eksistensen av raskere enn lette nøytrinoer.
Superluminale (raskere enn lette) nøytrinoer var resultatet av OPERA-eksperimentet, et samarbeid mellom CERN-fysikklaboratoriet i Genève, Sveits og Laboratori Nazionali del Gran Sasso i Gran Sasso, Italia.
Eksperimentet avstemte nøytrinoer da de reiste 730 kilometer (rundt 450 mil) gjennom Jorden fra sitt opprinnelsessted ved CERN til en detektor i Gran Sasso. Teamet ble sjokkert over å finne at nøytrinoene ankom Gran Sasso 60 nanosekunder raskere enn de ville ha gjort hvis de skulle reise med lysets hastighet i et vakuum. Kort sagt, de så ut til å være superluminal.
Dette resultatet skapte enten et problem for fysikk eller et gjennombrudd. I følge Einsteins teori om spesiell relativitet kan enhver partikkel med masse komme nær lysets hastighet, men kan ikke nå den. Siden nøytrinoer har masse, burde superluminale nøytrinoer ikke eksistere. Men de gjorde det på en eller annen måte.
Men Cowsik stilte spørsmål ved nøytrinoenes genese. OPERA-eksperimentene genererte nøytrinoer ved å smelle protoner i et stasjonært mål. Dette produserte en puls av pioner, ustabile partikler som magnetisk ble fokusert inn i en tunnel hvor de forfalt til nøytrinoer og muoner (en annen ørsmå elementær partikkel). Muonene gikk aldri lenger enn tunnelen, men nøytrinoene, som kan gli gjennom materien som et spøkelse passerer gjennom en vegg, fortsatte å gå mot Gran Sasso.
Cowsiks og teamet hans så nøye på dette første trinnet i OPERA-eksperimentet. De undersøkte om "pion-forfall vil produsere superluminale nøytrinoer, forutsatt at energi og fart ble bevart," sa han. OPERA-nøytrinoene hadde mye energi, men veldig lite masse, så spørsmålet var om de virkelig kunne bevege seg raskere enn lys.
Det Cowsik og teamet hans fant var at hvis nøytrinoer produsert fra et pion-forråtnelse reiste raskere enn lys, ville pion-levetiden bli lengre og hver nøytrino ville bære en mindre brøkdel av energien den deler med muon. Innenfor den nåværende rammen av fysikk, ville superluminale nøytrinoer være veldig vanskelig å produsere. "Hva er mer," forklarer Cowsik, "disse vanskene vil bare øke etter hvert som pion-energien øker.
Det er en eksperimentell sjekk av Cowsiks teoretiske konklusjon. CERNs metode for å produsere nøytrinoer dupliseres naturlig når kosmiske stråler treffer jordens atmosfære. Et observatorium kalt IceCube er satt opp for å observere disse naturlig forekommende nøytrinoene i Antarktis; mens nøytrinoer kolliderer med andre partikler, genererer de muoner som etterlater spor etter lysglimt når de passerer gjennom en nesten 2,5 kilometer (1,5 mil) tykk blokk med klar is.
IceCube har påvist nøytrinoer med energi som er 10.000 ganger høyere enn noe som ble generert som en del av OPERA-eksperimentet, noe som førte til at Cowsik konkluderte med at foreldrepionene deres må ha tilsvarende høye energinivåer. Teamets beregninger basert på lover om bevaring av energi og fremdrift avslørte at levetiden til disse pionene burde være for lange til at de kan forfalle til superluminale nøytrinoer.
Som Cowsik forklarer, er IceCubes deteksjon av nøytrinoer med høy energi indikasjon på at pioner forfaller i henhold til fysiske standardideer, men nøytrinoene vil bare nærme seg lysets hastighet; de vil aldri overstige det.
Kilde: Pions Don’t Want to Decay into Raster the Light Neutrinos
