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2011年09月29日 星期四
中青在线

难道爱因斯坦错了?

中微子改写宇宙“极速传说”

○本报特约撰稿 麦萌 《 青年参考 》( 2011年09月29日   45 版)

    中微子被射入山脉深处的实验室

    “光速是目前已知的最大速度……按目前人类的认知来说达到光速不可能,所以光速、超光速的问题不在物理学讨论范围之内”——数不清的教科书、百科工具书都是这么说的,无可比拟的光速构成了我们理解宇宙和时间概念的基石。不过这块基石正在被欧洲研究人员撬动。

    据美联社、英国《卫报》等媒体报道,来自世界最前沿的物理实验室之一、意大利格朗萨索山实验室的研究者认为,一种已知的粒子打破了光速的“极速传说”,进而也打破了爱因斯坦狭义相对论的限制。这就是中微子。

    中微子又称微中子,是组成自然界的最基本粒子之一,质量极轻,小于电子的百万分之一。过去人们一直认为中微子以“接近光速”运动,但格朗萨索山实验室的科学家们利用乳胶寻迹设备进行中微子振荡实验,记录了从法国、瑞士交界处的欧洲粒子物理研究所发送中微子,到达格朗萨索山实验室的时间。为了实验便利,两方之间建立了长约730公里的地下加速器管道。

    在长达3年的实验中,研究者观测了数以万计的中微子,他们发现一束光要花2.4毫秒走完的这段路,中微子到达的时间比光提前了600亿分之一秒,误差为正负100亿分之一秒。

    光速是299792458米每秒,而中微子的速度,在以上实验中被测定为299798454米每秒。这意味着中微子的速度要比光速快5万分之一。

    但推翻时间概念的基石是件意义如此重大的事,在更多实验支持这一数据前,物理学家们纷纷表示持保留态度。“更多人的感觉是,这肯定不是真的。”欧洲粒子物理研究所发言人詹姆斯·吉列斯说。

    研究者对实验结果的解读也十分谨慎。项目协调人安东尼奥·埃雷迪塔托说:“我们自己对实验结果也很震惊……当你得到这样一种结果,发现自己正在触动一种基础性的东西,你会想到的是确定自己有没有犯错。我们花了好几个月来核查,试图从中找到错误,不管是细微、复杂的,还是恼人的错误——但每一次的实验都指向同一个结果。”

    研究者表示,希望物理界同仁能以审慎的目光来看待他们的实验结果,帮助寻找测量中的任何不足之处,或者用其他实验来验证。因为“如果真的有问题,那一定足够隐蔽,同时又很严重,因为我们的智力足以排除所有琐碎的问题”。

    “光速常数支撑着我们对时空和因果关系的理解,我们的整个物理世界是建构在这一基础上的。如果连因果关系都被撼动,那一切就乱套了。”英国牛津大学粒子理论部主任萨比尔·沙尔卡担心道。

    而美国印第安纳大学超光速专家阿兰·科斯特莱吉觉得,不管怎样这都是一条激动人心的消息。1985年,他曾和同事提出一个理论预测:中微子若与真空中的一种未知的场发生相互作用,可能会比光速跑得更快。“某些背景下,自然中的极速不一定是光速。”他说。

    不过,作为一种不带电荷、能不留痕迹地穿透几乎任何物体的神秘粒子,中微子真的老老实实在实验中跑完了全程吗?德国多特蒙德大学物理学家海因里希·帕埃斯提出了一种中微子“作弊”的可能性——它们可能在时空中穿越维度,走了捷径。“看起来像是比光速跑得快,但其实并没有。”

    接下来,日本和美国方面将会各自尝试重复这项实验,以证实中微子是否真金不怕火炼。

 

中微子改写宇宙“极速传说”
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