中微子超光速这个说法是怎么来的?真的可以超光速吗?

这件事就要说到2011年,欧洲核子研究中心(CERN)的OPERA实验宣布了一个震惊科学界甚至是整个吃瓜群众界的消息,他们观测到中微子的移动速度超过了光速!消息一出舆论哗然,这简直就是一个科学领域的重磅炸弹!最后也被证实是一次乌龙实验,相对论大厦的基础依然坚挺!

那么OPERA实验是如何得出超光速这个结论的?让我们来复习一下。

OPERA实验中微子超光速事件

让一束高能质子以非常接近光速的速度(由于爱因斯坦的相对论,不能达到光速)撞向其他粒子,高能量的撞击会粉碎粒子产生一系列“碎片”。这些“碎片”中有一些是由中微子以及会衰变为中微子的不稳定粒子组成,中微子质量非常轻,比单个电子要轻数百万倍,但还是有质量的。

因为中微子几乎不与其他物质发生相互作用,我们发射一个中微子它就可以随意地穿透地球。当所有其他的粒子都被地面上的粒子阻挡时,中微子却像自由落体一样继续运动,只受周围物体引力的影响。

从欧洲核子研究中心出发,这些中微子穿越了大约732公里的地球,直到抵达埋在意大利格兰萨索山脉下的OPERA探测器。OPERA探测器体积庞大,足以探测到10^16个中微子(即10万亿次)中的一个。

在一年多的时间里,OPERA探测到大约16000个这样的中微子,并且测量了这些中微子的一些特性,包括到达时间。当科学家查看数据时,他们的发现绝对令人震惊!根据这些中微子的能量和它们的传播距离,科学家能够精确地计算出这些中微子从欧洲核子研究中心产生的地方到到达OPERA探测器所需要的时间。其结果应该是与真空中光速基本上没有区别!也就是说理论上中微子的速度和光速很接近,可以说没有区别!

但是科学家发现中微子比光速早到了大约60纳秒,也就是快60纳秒。这个实验结果在理论上不论是高能中微子还是低能中微子都不可能发生!当时很多人坐不住了,出来反驳!

但是实验方声称他们的实验做得很好,完全没有问题!这种革命性的实验结果肯定要受到科学界严格的审查和调查。主要考虑实验方是否在用错误的结果进行科学欺诈,这个在历史上也发生过;实验中是否存在未知的错误!或者这真的预示着物理学中一场潜在的革命即将到来。于是其他地方的科学家就开始着手准备进行实验。

费米实验室和日本神冈准备着手进行独立的实验

在日本的计划是,科学家以与OPERA实验相似的高能量制造中微子,并将中微子从东海发送到神冈,距离为295公里,称为T2K中微子实验。

同样,在美国的计划是将一束中微子从费米实验室发射到明尼苏达州的苏丹矿井。从费米实验室到苏丹矿的距离呢?一个不可思议的距离:732公里。和OPERA实验的距离完全一样!称为MINOS中微子实验。

大反转

在这两个实验的终点,巨大的中微子探测器正在等待着中微子的到来。这两个独立的实验会让我们得到关于中微子大量的信息。如果MINOS中微子准时到达,T2K中微子准时到达。

这两个结果可能是最无聊的结果,但也是人们最期待的选择。中微子的移动速度没有超过光速,而且OPERA实验之所以能取得超光速的成果,是因为他们的实验中发生了独特的错误。(最后被证明为线路故障)

OPERA实验将会面临同行的嘲讽,项目负责人塞尔吉奥·贝尔托鲁奇真的很尴尬,引起这么大的轰动结果是个乌龙!就在费米实验室和日本神冈还没来得及完成实验呢,在2012年3月16日OPERA团队经过自查宣布中微子在实验中超光速,源于两处系统错误导致:

(1)GPS同步化过程时间误差;

(2)GPS和计算机的连接存在错误;

这就是中微子超光速的始末!那么中微子能超光速吗?

在相对论中有质量粒子在真空中只能无限接近光速,而中微子的速度也是和光速无法区分,这里说的都是在真空中。如果在介质中很多现象都可以超光速,例如电子在水中就可以被加速到超光速,并且发出切伦科夫辐射的蓝色辉光!

还有在恒星中或者超新星爆发时,中微子也可以超光速,因为光在恒星核心产生,向外传播时会有其他带电粒子相互作用,运动异常缓慢,一个典型的光子要从恒星核心到达表面需要经过数万年的时间。而中微子可以轻松地穿过任何稠密的物质!因此我们要正确地理解超光速这种现象,目前我们已知的超光速现象都是在耍赖!