Čestice iz kojih nastaju nemaju dovoljno energije da im upriliče tolike brzine

Fizičari su pronašli ipak još jedan razlog zbog kojeg sumnjaju da su skorašnji rezultati o neutrinima koji putuju brže od svetlosti tačni. Postojanje takvih čestica moglo bi da obori ne samo Ajnštajnovu specijalnu teoriju relativnosti, već i zakone o održanju energije i impulsa.

Septembra 2011, u OPERA eksperimentu registrovano je da su neutrino čestice putovale brže od svetlosti, pojavivši se 60 nanosekundi ranije, nakon što su prevalile put od 730 km, koliko je udaljena evropska laboratorija CERN, u blizini Ženeve, od Gran Sasso Nacionalne laboratorije u Italiji. U pokušaju da objasne rezultate dobijene u eksperimentu, naučnici su dalje istraživali i objavili dve nove studije o česticama koje su porodile neutrine. I u jednoj i drugoj studiji stoji da ove čestice, zvane pioni, nisu mogle da imaju dovoljno energije da bi podstakle brže-od-svetlosti, tj. superluminalne, brzine neutrina o kojima govori OPERA.

"U pitanju su jasna ograničenja koja dovode u sumnju superluminalnost neutrina", izjavio je Xiaojun Bi, stručnjak za fiziku čestica sa Institutu za fiziku visokih energija, pri Kineskoj akademiji nauka, u Pekingu. Njegov tim objavio je svoja otkrića 6. decembra u Physical Review Letters.

Ako neutrini mogu da putuju brže od svetlosti, onda bi trebalo da sa uvećanjem energije postaju teži. Stoga postoji granica kojom brzinom čestice mogu da se kreću a koju diktira energija njihovih nestabilnih pion roditelja.

Pioni u OPERA eksperimentu, lansirani iz Cerna, imaju 3.5 puta više energije od svojih neutrino potomaka. Ovo određuje granicu brzine kretanja neutrina, koja je niža od brzine izmerene u OPERA eksperimentu, kako navodi fizičar Ramanath Cowsik, sa Washington University u St. Louis, sa kolegama, u izveštaju od 16. decembra u Physical Review Letters. Bi pak sugeriše da OPERA neutrini najviše energije spuštaju ovu granicu brzine kretanja na čak još niži nivo.

Prema proračunima Cowsikovog tima, da bi se dostigle vrtoglave brzine izmerene u OPERA eksperimentu, energija piona trebalo bi da je bila 20 puta veće od njihovih 'potomaka' neutrina. Pri takvim energijama, međutim, životni vek piona bio bi šest puta duži, što je kao mogućnost na osnovu merenja u OPERA i drugim eksperimentima odbačeno.

Do sada najbliža utvrđena granica brzine neutrina zasniva se na onoj koju dostižu neutrini visoke energije kosmičkog zračenja pri udaru u atmosferu. Icecube /'aiskjub'/ detektor na Južnom polu izmerio je ove neutrine do energija preko 10 000 puta većih od energije OPERA neutrina. Ako su brzine izmerene u OPERA eksperimentu tačne, neutrini kosmičkog zračenja, da su nastali od piona, trebalo bi da su daleko teži. Rezultati Aiskjuba umanjuju potencijalnu brzinu superluminalnog neutrina da bude nekoliko deset milijarditih posto iznad brzine svetlosti – što je daleko od nekoliko hiljaditih posto u izveštaju OPERA.

Za Cowsika i druge istraživače, ovi problemi i kontradikcije sugerišu da su zakoni fizike kako ih trenutno razumemo korektni. Fizičari će naravno i dalje pratiti rezultate drugih neutrino eksperimenata, testirati OPERA rezultate, na koje opet senku može baciti neki nepoznat izvor greške.

"Niko ne kaže da su OPERA rezultati nemogući, čak i ako bi to zahtevalo ekstremnu reviziju onog što znamo iz fizike", kaže Sheldon Glashow, dobitnik Nobelove nagrade za teorijsku fiziku sa Boston Univerziteta. "Ali ako se ispostavi da su rezultati tačni, reći ću Prirodi  'Pobedila si', dići ruke i otići u penziju".