کشف ذراتی که سریع‌تر از نور حرکت می‌کنند

ذوالفقار دانشی: شب گذشته، انتشار مقاله‌ای آنلاین در پایگاه‌های خبری علمی زلزله‌ای در دنیای فیزیک به‌پا کرد. آنتونیو اردیتاتو و همکارانش در آزمایشگاه OPERA واقع در ایتالیا اعلام کرده‌اند بیش از دو سال است ذرات نوترینوی تولیدشده در شتاب‌دهنده‌های سرن را ردیابی می‌کنند و ۱۶هزار مورد را ثبت کرده‌اند که این ذرات سریع‌تر از سرعت نور به این آزمایشگاه می‌رسند. هرچند این موضوع با شک و تردید بسیاری از فیزیک‌دانان جهان روبرو شده، اما کنفرانسی اضطراری امروز در سرن برگزار خواهد شد تا نتایج این تحقیق در آن ارایه شود.

نوترینوهای پرسرعت

به گزارش نیچر، آزمایشگاه اوپرا (مخفف عبارت Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) در آزمایشگاه ملی گرن‌ساسو ایتالیا و درعمق ۱۴۰۰ متری زمین واقع شده و هدف از آن، بررسی ذرات نوترینو است. نوترینو، ذره‌ای زیراتمی است که ۸۰ سال از کشف آن می‌گذرد و از آن‌جاکه به‌ندرت با ماده واکنش می‌دهد، اطلاعات کمی درمورد آن وجود دارد. این ذره جرم فوق‌العاده اندکی دارد، به انواع مختلفی در طبیعت وجود دارد و به‌تازگی مشخص شده که از نوعی به نوع دیگر تبدیل می‌شود. آشکارسازهای اوپرا وظیفه داشتند بررسی تبدیل نوترینوهای میون تولیدشده در سرن را به نوترینوهای تاو بررسی کنند.

به گفته دکتر اردیتاتو، گروه اوپرا فاصله ۷۳۰ کیلومتری آشکارساز تا سرن (در نزدیکی ژنو سوییس) را با دقت کمتر از ۲۰ سانتی‌متر اندازه‌گیری کرده و با استفاده از ساعت‌های اتمی، دقت زمان‌سنجی خود را به کمتر از ۱۰ نانوثانیه (هر ثانیه برابر یک میلیارد نانوثانیه است) رسانده‌اند. طی دو سال آزمایش، آن‌ها ۱۶هزار ذره نوترینو را ثبت کرده‌اند که ۶۰ نانوثانیه زودتر از زمانی که نور این مسافت را با سرعت ۲۹۹,۷۸۲,۴۵۸ متر بر ثانیه طی می‌کند، به آشکارساز رسیده‌اند. از نظر محاسبات آماری، این اختلاف شش برابری آن‌قدر معتبر هست که به‌عنوان کشفی جدید مطرح شود.

اما چرا این موضوع تا این اندازه مهم است؟ آلبرت اینشتین در سال ۱۹۰۵ نظریه نسبیت خاص خود را بر اساس دو اصل بنا کرد، یکی اصل نسبیت و دیگری اصل بالاترین سرعت که می‌گفت «سرعت نور در خلاء یعنی ۲۹۹,۷۸۲,۴۵۸ متر بر ثانیه حد بالایی سرعت‌هاست و تمام ناظران لَخت (ناظرانی که شتابی به آنها اعمال نمی‌شود) آن‌را به یک مقدار اندازه‌گیری می‌کنند. نظریه نسبیت خاص تاکنون بارها و بارها آزمایش شده و تمام پیش‌بینی‌های آن با دقت مثال‌زدنی تایید شده است. حال سوال اینجاست که اگر نتایج آزمایش اوپرا تایید شود، آیا این اصل بنیادی نقض خواهد شد؟

این اولین بار نیست

البته این اولین بار نیست که چنین چیزی مطرح می‌شود. در سال ۲۰۰۷ / ۱۳۸۶، آزمایشMINOS در مینه‌سوتای آمریکا که ذرات نوترینوی تولیدشده در فرمی‌لب را جستجو می‌کرد، به نتایج مشابهی رسید؛ اما از آن‌جا که اندازه‌گیری فاصله در آن آزمایش به‌مقدار کافی دقیق نبود و خطای آزمایش در مقایسه به نتایج بسیار بالا بود، اهمیت چندانی به نتایج آن داده نشد.

به گزارش پایگاه خبری فیزاورگ، برای آن‌که نتایج آزمایش اوپرا تایید شود، چند آزمایشگاه دیگر باید این آزمایش‌ها را تکرار و به همین نتیجه برسند. در حال حاضر، فقط دو مرکز روی زمین توانایی چنین آزمایشی را دارند، یکی فرمی‌لب (آزمایشگاه ملی فرمی در ایالات متحده) و دیگری تاسیسات آزمایشگاه هسته‌ای ژاپن که پس از زلزله و سونامی اسفند ۱۳۸۹ در شرایط مناسبی قرار ندارد. مشکل اینجاست که ابزارهای اندازه‌گیری فاصله در فرمی‌لب از دقت لازم برای دست‌یابی به دقت آزمایش اوپرا برخوردار نیستند و شاید یکی‌دو سالی طول بکشد تا این آزمایش در آنجا تکرار شود.

آیا نسبیت خاص نقض شده است؟

امروز، کنفرانسی در آزمایشگاه هسته‌ای اروپا، سرن برگزار می‌شود و گروه ایتالیایی نتایج منجر به اعلام این کشف را با جزئیات کامل اعلام خواهند کرد. فیزیک‌دانان نیز از سراسر جهان خود را به این کنفرانس رسانده‌اند تا موضوع را با دقت بررسی کنند و شاید بهتر باشد پیش از هر اظهار نظری تا پایان کنفرانس امروز صبر کرد؛ اما دانشمندان احتمالات مختلفی را مطرح کرده‌اند.

در شرایطی که برخی این احتمال را می‌دهند که نتایج آزمایش درست باشد و نوترینوها واقعا با سرعتی بیش‌از سرعت نور در خلا حرکت کرده‌اند، برخی دیگر به نتایج آزمایش‌های متعددی اشاره می‌کنند که هیچ نشانه‌ای از ذرات با سرعت بالاتر دیده نشده است. یکی از قابل‌توجه‌ترین این آزمایش‌ها، ابرنواختر ۱۸۹۷ در ابرماژلانی بزرگ بود (در فاصله ۱۷۰هزار سال‌نوری از زمین) که در سال ۱۹۸۷ / ۱۳۶۶ اتفاق افتاد. اگر واقعا ذرات نوترینو با سرعتی بیش‌تر از سرعت نور حرکت کنند، نوترینوهای این انفجار می‌بایست سال‌ها قبل‌تر از مشاهده انفجار به زمین می‌رسید و آشکارسازهای متعدد در سراسر جهان آن‌ها را ثبت می‌کرد، درحالی‌که علایم ثبت‌شده در آشکارسازهای فیزیک هسته‌ای و تلسکوپ‌ها فقط چند ساعت باهم اختلاف داشت که دلایل آن هم مشخص است.

برخی دیگر از دانشمندان، این نتایج را به وجود ابعاد بالاتر ارتباط می‌دهند، این‌که ذرات نوترینوی تولیدشده در سرن با استفاده از ابعاد بالاتر و از مسیری کوتاه‌تر (!) به آشکارساز اوپرا رسیده‌اند و بدین تریب بدون شکستن محدودیت سرعت نور این نتیجه را رقم زده‌اند.

گروه دیگر نیز معتقدند این آزمایش احتمالا با خطایی سیستماتیک مواجه شده که به این نتیجه غیرقابل قبول منجر شده است!

برگفته از وب‌سایت خبرآنلاین