• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Cząstki pobiły rekord prędkości światła - naukowcy zbici z tropu

    26.09.2011. 00:40
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    W doświadczeniach prowadzonych w ośrodku badawczym CERN elementarne cząstki zwane neutrinami pędziły szybciej niż światło. Zbici z tropu autorzy eksperymentu apelują do fizycznej braci o pomoc w wyjaśnieniu dziwnego wyniku.

    Naukowcy z CERN przesyłali wiązkę neutrin ze swojego ośrodka do oddalonego o 732 km, podziemnego laboratorium we włoskim Gran Sasso. Zauważyli, że w punkcie docelowym cząstki pojawiły się o 60 miliardowych sekundy wcześniej, niż taki sam dystans mogłoby pokonać światło. Dla laika to czas niewyobrażalnie mały, ale fizycy potrafią go zmierzyć.

    Pomiary powtarzano jakieś 15 tysięcy razy, aż naukowcy uzyskali zadowalający, statystyczny poziom istotności, który pozwala mówić o odkryciu. Przyznają jednak, że do wyników własnych eksperymentów podchodzą z wielką ostrożnością. "Próbowaliśmy to wyjaśnić na wszelkie możliwe sposoby" - mówił w rozmowie z BBC autor doniesienia Antonio Ereditato z tego ośrodka. ,,Próbowaliśmy znaleźć błędy - błędy trywialne, bardziej skomplikowane albo zupełnie kardynalne - i się nie udało" - opowiadał.

    "Gdy nic nie znajdujesz, mówisz sobie: +cóż, jestem zmuszony wyjść i poprosić innych, by się temu z bliska przyjrzeli+" - dodał. Wyniki udostępniono w sieci, by krytycznie przyjrzeli się im inni naukowcy. To ważne, gdyż do tej pory nieprzekraczalność prędkości światła stanowiła w fizyce jeden z podstawowych dogmatów.

    Zgodnie ze szczególną teorią Alberta Einsteina, prędkość światła jest we Wszechświecie nieprzekraczalna. Na założeniu, że nic nie może jej przekroczyć, opiera się większość fizyki współczesnej. Naukowcy nieustannie starają się coraz bardziej precyzyjnie zmierzyć to zjawisko, dlatego wciąż wykonują tysiące eksperymentów. Jednak do tej pory nic nie wskazało, by jakakolwiek cząsteczka mogła przekroczyć granicę prędkości światła.

    "Marzę, by inny, niezależny eksperyment dał ten sam wynik. Dopiero wtedy mi ulży" - przyznał Ereditato. Zastrzegł też, że on i jego koledzy na razie niczego nie twierdzą. "Chcemy tylko, by inni naukowcy pomogli nam zrozumieć nasz dziwny wynik. Bo jest on dziwny. A jego konsekwencje mogą być bardzo poważne" - zauważył.

    Zdaniem prof. Krzysztofa Meissnera z Wydziału Fizyki UW wiadomość jest sprzeczna ze wszystkim, co wiemy w fizyce na temat szczególnej teorii względności Alberta Einsteina. ,,Według tej teorii żaden obiekt, który przenosi informację, nie może poruszać się z prędkością większą niż światło. Dlatego, gdyby neutrina poruszały się szybciej niż prędkość światła, to w sposób zasadniczy naruszałyby teorię względności" - powiedział PAP fizyk.

    Przyznał, że gdyby informacja okazała się prawdziwą, to byłaby to wiadomość nadzwyczajna i niezwykła. Jednak na razie ,,jest raczej trudna do przyjęcia". ,,Za bardzo narusza to, co do tej pory wiemy i wiedzę potwierdzoną przez miliony doświadczeń. Musimy być bardzo ostrożni, mimo że autorzy badania twierdzą, że zostało ono bardzo dobrze zrobione" - zastrzega Meissner.

    Jego zdaniem konieczne jest przeprowadzenie niezależnych badań i przyjrzenie się, czy nie popełniono błędów systematycznych i czy naukowcy przypadkiem nie przeoczyli jakiegoś dodatkowego efektu.

    PAP - Nauka w Polsce

    zan/ ekr/ tot/ jbr/bsz


    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Zmienna prędkość światła (VSL – variable speed of light), to koncepcja, zgodnie z którą prędkość światła w próżni oznaczana jako c, może nie być stała. W większości przypadków w fizyce materii skondensowanej, kiedy światło przechodzi przez ośrodek, jego prędkość fazowa jest mniejsza. Wirtualne fotony w pewnych rozważaniach w ramach kwantowej teorii pola mogą także podróżować z inną prędkością niż c na krótkich dystansach; jednak, nie wynika z tego, że cokolwiek może poruszać się szybciej od światła. Synchronizacja standardowa – wprowadzona przez Einsteina synchronizacja zegarów w szczególnej teorii względności. Ze względu na pamięć twórców szczególnej teorii względności nazywana także synchronizacją Einsteina-Poincaré. Oparta na założeniu o stałej prędkości światła w każdym z kierunków. Horyzont zdarzeń − w teorii względności sfera otaczająca czarną dziurę lub tunel czasoprzestrzenny, oddzielająca obserwatora zdarzenia od zdarzeń, o których nie może on nigdy otrzymać żadnych informacji. Innymi słowy, jest to granica w czasoprzestrzeni, po przekroczeniu której prędkość ucieczki dla dowolnego obiektu i fali przekracza prędkość światła. I żaden obiekt, nawet światło emitowane z wnętrza horyzontu, nie jest w stanie opuścić tego obszaru. Wszystko, co przenika przez horyzont zdarzeń od strony obserwatora, znika.

    Prędkość nadświetlna — określenie dotyczące przemieszczania się obiektu fizycznego z prędkością większą niż prędkość światła. Relatywistyczny efekt Dopplera – efekt Dopplera zachodzący dla światła. Podobnie jak w mechanice klasycznej, relatywistyczny efekt Dopplera prowadzi do zmiany mierzonej przez obserwatora częstotliwości fali (w tym przypadku elektromagnetycznej) względem częstotliwości emitowanej przez źródło. Aby zgodnie z mechaniką relatywistyczną obliczyć taką zmianę, konieczne jest uwzględnienie przewidywanych przez szczególną teorię względności efektów, takich jak dylatacja czasu. Relatywistyczny efekt Dopplera jest szczególnie zauważalny przy względnej prędkości źródła i obserwatora bliskiej prędkości światła w próżni.

    Teoria korpuskularna światła to teoria, w której światło traktuje się jako strumienie cząstek. Uważa się dziś, że zjawiska interferencji światła (czyli nakładania się wiązek świetlnych) można wyjaśnić tylko za pomocą falowej teorii światła. Na podstawie tej teorii wzmacnianie lub osłabianie wiązek świetlnych wyjaśniamy nakładaniem się fal świetlnych w fazach zgodnych lub przeciwnych. Korpuskularna teoria światła nie może tego wyjaśnić, jednakże teoria falowa nie jest w stanie wyjaśnić innych zjawisk, jak na przykład efektu fotoelektrycznego. Przyjmuje się więc, iż światło ma naturę dualną. Cyklotron izochroniczny (akcelerator z azymutalną modulacją pola) — cyklotron skonstruowany tak, aby czas jednego obiegu rozpędzanych cząstek był stały (stąd nazwa izochroniczny) pomimo wzrostu masy cząstki wywołanej efektami relatywistycznymi. Efekty te występują przy rozpędzaniu cząstek do prędkości porównywalnych z prędkością światła.

    Przesłanki powstania szczególnej teorii względności stały się podstawą do sformułowania tej teorii w roku 1905 przez Alberta Einsteina w jego pracy "O elektrodynamice ciał w ruchu". Zjawisko ruchu ciał fascynowało już starożytnych greckich filozofów. Arystoteles uznał, że istnieje absolutny układ odniesienia, a więc odrzucał względność jako zasadę. Pogląd ten podważył Galileusz, który badając ruch ciał doszedł do wniosku, że prędkość i pozycja ciała jest względna. Później idea ta został zapisana matematycznie w postaci transformacji Galileusza, która stała się fundamentem fizyki Newtona. Tachion (z greckiego ταχύς tachýs – szybki, prędki) jest hipotetyczną cząstką elementarną, która porusza się z prędkością większą niż prędkość światła (zob. prędkość nadświetlna). Tachiony są często opisywane przez autorów fantastyki naukowej (występują między innymi w serii Star Trek). Nie ma jednak żadnego dowodu na istnienie tych cząstek.

    Stożek czasoprzestrzenny (stożek świetlny, stożek zerowy) danego punktu czasoprzestrzeni - w teorii względności zbiór punktów czasoprzestrzeni, których odległość czasoprzestrzenna (interwał) od tego punktu wynosi zero (stąd nazwa "stożek zerowy"), co oznacza, że zdarzenie czasoprzestrzenne zachodzące w danym punkcie czasoprzestrzeni można połączyć ze zdarzeniem zachodzącym w dowolnym punkcie jego stożka czasoprzestrzennego sygnałem przesłanym z prędkością graniczną, równą prędkości światła w próżni (stąd nazwa "stożek świetlny").

    Fale grawitacyjne w ogólnej teorii względności – przemieszczająca się z prędkością światła zmarszczka w czasoprzestrzeni. W mechanice nierelatywistycznej fala ta objawia się jako rozchodzące się drgania pola grawitacyjnego. Źródłem fal grawitacyjnych jest ciało poruszające się z przyspieszeniem. Do uzyskania obserwowalnych efektów ciało musi mieć bardzo duże przyspieszenie i ogromną masę. Obiekt emitujący fale traci energię, która unoszona jest w postaci promieniowania. Kwantem promieniowania grawitacyjnego jest grawiton, hipotetyczna cząstka.

    Experimentum crucis (łac. eksperyment krzyżowy, eksperyment rozstrzygający, dosł. próba krzyża ) – doświadczenie, które w jednoznaczny sposób rozstrzyga, która z konkurencyjnych teorii naukowych jest prawdziwa, a która fałszywa. Przeprowadzenie experimentum crucis jest zwykle planowane w sytuacji, gdy pojawia się nowa teoria podważająca obowiązujący paradygmat. Intencją eksperymentatorów nie zawsze jest chęć potwierdzenia nowej teorii. Czasem eksperyment bywa przeprowadzany w celu usunięcia sprzeczności w obowiązującej teorii. Tak było na przykład z doświadczeniem Michelsona i Morleya. Celem tych badaczy było wykrycie obecności eteru, a skutkiem – stwierdzenie stałości prędkości światła, niezależnie od układu odniesienia. Ten wniosek, z kolei, stał się podwaliną szczególnej teorii względności. Albert Abraham Michelson i Edward Morley podejmując swoje badania, nie przewidywali ich skutków. Eksperyment ich stał się Experimentum crucis dopiero po fakcie, gdy nowa teoria ujrzała światło dzienne. Współczynnik załamania ośrodka jest miarą zmiany prędkości rozchodzenia się fali w danym ośrodku w stosunku do prędkości w innym ośrodku (pewnym ośrodku odniesienia). Dokładniej jest on równy stosunkowi prędkości fazowej fali w ośrodku odniesienia do prędkości fazowej fali w danym ośrodku

    Experimentum crucis (łac. eksperyment krzyżowy, eksperyment rozstrzygający, dosł. próba krzyża ) – doświadczenie, które w jednoznaczny sposób rozstrzyga, która z konkurencyjnych teorii naukowych jest prawdziwa, a która fałszywa. Przeprowadzenie experimentum crucis jest zwykle planowane w sytuacji, gdy pojawia się nowa teoria podważająca obowiązujący paradygmat. Intencją eksperymentatorów nie zawsze jest chęć potwierdzenia nowej teorii. Czasem eksperyment bywa przeprowadzany w celu usunięcia sprzeczności w obowiązującej teorii. Tak było na przykład z doświadczeniem Michelsona i Morleya. Celem tych badaczy było wykrycie obecności eteru, a skutkiem – stwierdzenie stałości prędkości światła, niezależnie od układu odniesienia. Ten wniosek, z kolei, stał się podwaliną szczególnej teorii względności. Albert Abraham Michelson i Edward Morley podejmując swoje badania, nie przewidywali ich skutków. Eksperyment ich stał się Experimentum crucis dopiero po fakcie, gdy nowa teoria ujrzała światło dzienne. Falowa teoria światła to teoria, zgodnie z którą światło traktuje się jako falę elektromagnetyczną. Uważa się dziś, że zjawiska charakterystyczne dla fal, jak na przykład interferencję światła można wyjaśnić tylko za jej pomocą. Jednakże w przeciwieństwie do opozycyjnej teorii korpuskularnej teoria falowa nie jest w stanie wyjaśnić innych zjawisk, jak na przykład efektu fotoelektrycznego. Przyjmuje się więc, iż światło ma naturę dualną.

    Doświadczenie Michelsona-Morleya – eksperyment zaliczany obecnie do najważniejszych doświadczeń w historii fizyki. Miał na celu wykazanie ruchu Ziemi względem hipotetycznego eteru poprzez porównanie prędkości światła w różnych kierunkach względem kierunku ruchu Ziemi. Doświadczenie zostało przeprowadzone po raz pierwszy w 1881 przez Alberta Abrahama Michelsona, który w 1887 powtórzył je wraz z Edwardem Morleyem. Tardiony, bradiony – wspólna nazwa dla cząstek elementarnych o różnej od zera masie spoczynkowej, które mogą poruszać się jedynie z prędkościami mniejszymi od prędkości światła c. Obydwa terminy nie są powszechnie używane, najczęściej w kontekście hipotez tachionów, jako ich przeciwieństwo.

    Dodano: 26.09.2011. 00:40  


    Najnowsze