От Женевы до Италии скорее, чем быстрый фотон?

Журнал Сайенс от 30 сентября 2011 года, с. 1809.
 
От Женевы до Италии скорее, чем быстрый фотон?

Когда на прошлой неделе распространилась новость, что европейские физики обнаружили субатомные частицы, названные нейтрино, распространяющиеся быстрее света, некоторые их коллеги прореагировали с недоверием. Кроме того, такой результат должен противоречить специальной теории относительности Эйнштейна, которая утверждает, что ничто не может перемещаться быстрее света. Джим Аль-Халили, теоретик из университета Сэррей в Великобритании, даже обещал в прямом эфире на ТВ съесть свои боксерские шорты, если результат подтвердится. Но если это так, физики не должны становиться в тупик и делать подобные заявления. Некоторые из них уже развили теоретический подход, который может обращаться с суперсветовыми нейтрино и другими потенциальными нарушениями специальной теории относительности.
Известная под названием расширение стандартной модели (РСМ - SME), эта теория обобщает стандартную модель физики частиц (Science, 11 February 2005, p.866). «Расширение стандартной модели довольно робастная, надежная концепция, и она внутренне согласована», говорит Нейл Расселл, теоретик из Университета Северного Мичигана в Маркете. Если нейтрино, что быстрее, чем свет, существуют, «есть много работы, которую надо сделать, но расширение стандартной модели должно обеспечить стартовую точку». И если нейтрино действительно путешествуют быстрее, чем свет, РСМ не предсказывает абсурдных следствий таких как нарушение причинности.
Конечно, может существовать захватывающий результат, который не подтвердится. Данные получены из 1300-метрически тонного детектора частиц, названного Колебательный Проект с Эмульсионно-Трекинговой Аппаратурой (OPERA). Скрывающийся в итальянской подземной Гран Сассо Национальной Лаборатории, OPERA детектирует ускользающие, почти без массы, нейтрино, которые проникают сквозь Землю от европейской лаборатории физики частиц ЦЕРН возле Женевы в Швейцарии. 
За 3 года исследователи из OPERA засекли примерно 16000 нейтрино. В среднем, частицы преодолели 730-километровый 2.43 — миллисекундный путь примерно на 60 наносекунд быстрее, чем ожидалось в случае, если бы они перемещались со скоростью света 299 792 458 м/с. Неопределенность измерения равна 10 наносекунд, эксперимент описан в статье, опубликованной в сети на arXiv сервере и  на семинаре в ЦЕРНе 23 сентября.
Осследователи OPERA не объявляют теорию относительности неверной; они просто представляют лбопытный результат, который они не могут объяснить так, чтобы другие могли критически рассмотреть его, заявил Антонио Эредитато из Бернского университета, докладчик от команды OPERA из 160 человек. «Мы не можем замести это под ковер, потому что это было бы нечестно», сказал он.
Большой вопрос заключается в том, действительно ли неидентифицированная «систематическая ошибка» в эксперименте заставляет время пролета выглядеть искусственно коротким. Чен Ки Джанг из университета Стони Брук в штате Нью-Йорк, который работает над подобным экспериментом под названием T2K в Японии, говорит, что ставит на пари, что результат есть произведение систематической ошибки в сложном отсчете времени, включающем GPS, атомные часы и множество электроники. «Я не могу поставить на мою жену и детей, потому что они сойдут с ума», говорит Джанг, «но я ставлю на свой дом».
Все соглашаются, что результат должен быть подтвержден другими экспериментами. Но даже если это так, тепретическая физика не должна входить в состояние коллапса, говорит В.А. Костелецкий, теоретик из университета штата Индиана в Блумингтоне, который 15 лет назад изобрел SME, которая сейчас является пробным шаром для исследователей, заинтересованных в проверке теории относительности. Люди получили представление, что любое нарушение теории относительности приведет к абсурдам таким как эффекты, которые предшествуют своим причинам, и транспортное время, поскольку они пытаются ввести в теорию относительности идею о чем-либо, движущемся быстрее света, оставляя в то же время всю остальную теорию в неизменном виде. Это нелогично, говорит Костелецкий.
Так что должно измениться, если теория относительности не является в точности верной? Эйнштейн вывел свою теорию частично из предположения, что не существует «преимущественной системы координат» или опорной точки, в которой что-то является или не является стационарным по отношению ко вселенной. Этот принцип выпрыгивает из окна, если относительность нарушается, говорит Костелецкий. SME нарушает относительность, допуская «фоновые поля», что немного напоминает электрическое поле, которое должно быть вплетено в материю пространства, чтобы придать ему преимущественную систему координат или направление, что было бы возможно сказать, если бы что-то двигалось относительно поля. Если бы существовало такое поле, которое взаимодействовало бы только с нейтрино, оно могло бы заставить их лететь несколько быстрее света, говорит Расселл: «Если наблюдение верно, то должно казаться, что имеется некоторый тип фонового поля, но только нейтрино должны чувствовать его».
Другие эффекты вероятно должны быть очень слабы, говорит Мэтью Мьюис, физик из колледжа Швартмор в Пенсильвании. Например, нейтрино встречаются трех типов или  «ароматов», и так как они проносятся мимо, один тип может измениться или смешаться, став другим.  В обычной модели, количество смешения ароматов не зависит от энергии нейтрино. Если относительность нарушается, это может происходить, говорит Мьюис.
Проверка результатов OPERA возможно скоро осуществится. Физики Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми в Батавии, штат Иллинойс, обстреливали потоком нейтрино детектор под названием Главный инжектор для поиска осцилляций нейтрино (MINOS), удаленный на 735 км в суданской шахте в Миннесоте. Исследователи MINOS  должны сделать оценки в пределах 6 месяцев, говорит сотрудничающий ко-докладчик Дженнифер Томас из Университетского колледжа Лондона. Исследователи  эксперимента T2K, которые обстреливали нейтрино от Японского Протонного Ускорительного Исследовательского Комплекса в Токаи на детектор Супер-Камиоканде в шахте Камиока, находящейся в 295 километрах, могут также пытаться воспроизвести результат. Оставайтесь на связи!