Superhurtige neutrinoer manglede strålebremse

Fysikere peger på endnu et problem med målingen af neutrinoer, der er hurtigere end lyset. Der var ingen Cherenkov-stråling, og hvis der var, ville den have bremset dem.

Det blålige lys fra en vandkølet atomreaktor skyldes cherenkovstråling. Fold sammen
Læs mere
Lyt til artiklen

Vil du lytte videre?

Få et Digital Plus-abonnement og lyt videre med det samme.

Skift abonnement

Med Digital Plus kan du lytte til artikler. Du får adgang med det samme.

Man skal være meget selektiv i sit medieforbrug for ikke i løbet af den seneste måned at have set overskrifter om "Partikler hurtigere end lyset" i kølvandet på den måling, som italienske forskere har foretaget på neutrinoer udsendt fra partikelacceleratoren i CERN  i Schweiz.

Overskrifterne mangler dog den kvalificering, at neutrinoerne blev målt til at bevæge sig hurtigere end lysets maksimale  hastighed, som kun opnås i det perfekte vakuum, et tomrum helt uden andre partikler. Når lyset skal passere gennem andet stof, bremses det mere eller mindre op, hvilket enhver med et mørklægningsgardin kan bevidne.

Lyset bevæger sig altså selv rutinemæssigt langsommere end sin egen maksimale hastighed, og på den rigtige bane under de rigtige forhold kan de fleste partikler vinde et direkte kapløb mod lyspartikler eller fotoner, når de ikke strækker helt ud.

Fysikken ved derfor udmærket fra simpel iagttagelse, hvad der sker, når partikler bevæger sig hurtigere end lyset. De udsender en elektromagnetisk stråling, cherenkovstråling, som er opkaldt efter den russiske fysiker, der opdagede fænomenet i 1934.

De fleste af os kender til cherenkovstråling,  uden dog nødvendigvis at huske vores fysikteori. Både på hollywoodfilm og ude i virkeligheden kommer der et svagt blåt lys fra vandet omkring en atomreaktor. Det er cherenkovstrålingen, som skyldes at atomart ladede partikler fra reaktoren bevæger sig igennem vandet hurtigere end lyset. Fotoner bremses betydeligt op i vand og bevæger sig "kun" med 226.000 kilometer i sekundet, hvor deres tophastighed  i et tomrum ellers er lige under 300.000 km/sekund. 

Læs mere på Niels Bohr Institutet om lyshastigheden: Spørg om fysik

Neutrinoerne i det italienske eksperiment udsendte ikke cherenkovstråling, og den mangel påpeges nu af den nobelprisvindende  fysiker Sheldon Glashow, i et af de første videnskabelige papirer oven på offentliggørelsen af det opsigtsvækkende neutrinoeksperiment.

Glashow og hans yngre kollega Andrew Cohen rejser to problemer med cherenkovstrålingen fra de superhurtige neutrinoer. Det første problem er dens fravær. Hverken forskerne ved afsender-eksperimentet i CERN eller modtagerne i Gran Sasso har beskrevet at de har iaggtaget strålingen.

Det andet problem opstår, hvis strålingen var der, men blot ikke er beskrevet, For ifølge Cohen og Glashow ville et antal af neutrinoerne miste så meget energi ved stråling, at det ville bremse dem op og deres hastighed ville igen falde under lysets. "Og således tilbageviser vi den superluminale tolkning af OPERA-resultatet", skriver de i konklusion.

"Bremsstrahlung" er også velbeskrevet i fysikken, og har som et kuriosum bevaret sin oprindelige schwungfyldte tyske betegnelse. Hvordan neutrinoer kan være underlagt elektromagnetiske fænomener ligger ikke i umiddelbar forlængelse af gymnasielærdom om neutrinoer. Men papiret har vakt pæn opmærksomhed og offentliggøres i det meget anerkendte tidsskrift Physical Review Letters

Det kan ellerede nu ses i abstract på Arxiv.org, hvor interessante ideer i fysikken ofte dukker op første gang.

Læs det videnskabelige papir: New Constraints on Neutrino Velocities

Neutrinoer har særlige forudsætninger for at bevæge sig hurtigere end lyset, fordi de ikke bremses op af andet stof, men blæser uhindret igennem. Turen fra OPERA-eksperimentet i Geneve til Gran Sasso-laboratoriet i Abruzzo foregik igennem både alpernes og appenninernes grundfjeld.

Det er også derfor, neutrinoerne når frem til os før lyset fra fjerne supernovaer, fordi den voldsomme aktivitet i en supernovaeksplosion lægger en bremser på lyset, mens neutrinoer undslipper uhindret.

En meget velbeskrevet måling af partikler fra supernova SN1987a viste, at neutrinoerne nåede frem til os tre timer før lyset fra stjerneeksplosionen kun 168.000 lysår borte i en af vores nærmest stjernetågenaboer, Store Magellanske Sky.

Næsten alle teleskoper i verden var rettet mod supernovaen og i alt 25 neutrinoer blev observeret, hvilket er en uhørt stor flok af den spøgelsesagtige partikel.

Supernovamålingerne fra 1987 er blevet hevet frem igen som argument for at der må være en fejl i italiernes eksperiment  med de superhurtige neutrinoer, for hvis neutrinoerne fra SN1987a havde bevæget sig med samme højere hastighed, var de nået frem til os i 1982, altså fem år tidligere, og ikke kun med de tre timers forspring, som var forudset og som er velforklaret med de fysikteorier, vi hælder mest til i dag.

Læs mere supernovamålingen: SN1987a  in the Large Magellanic Cloud

Det er ikke sådan, at videnskaben principielt har noget imod at se Einsteins relativitetsteori og stort set hele den moderne opfattelse af fysik modbevist af nogle partikler hurtigere end lysets maksimale hastighed. Tværtimod har alle fysikere udtrykt topbegejstring ved tanken  om at skulle tænke om igen, således også forfatterne af papiret om den manglende cherenkovstråling.

"Jeg ville da være helt ekstatisk over at se ny fysik komme ud af dette eksperiment," siger Andrew Cohen til ScienceNews. "Det er bare svært at give plads til, givet denne mangel på stråling"

Andre argumenter mod de superhurtige neutrinoer er blandt andet en række muligheder simple målefejl i afstanden mellem CERN og Gran Sasso. Der er også peget på de store unøjagtigheder i registrering af det nøjagtige afsendelsestidspunkt.

Læs også: Partikler hurtigere end lyset forbløffer videnskaben

Men eksperimentet er stadig interessant nok til, at de teoretisk fysikere er gået i gang med at tænke over, hvordan en hastighed højere end lysets kan tænkes at kunne ske. Og eksperimentalfysikerne fortsætter med at måle på de i alle måder interessante  neutrinoer.

For yderligere at lægge en dæmper på den populærvidenskabelige begejstring over neutrinoer kan også nævnes, at et amerikansk eksperiment i 2007  målte neutrinoer til at bevæge sig med en hastighed, der var endnu større end lysets end dem i Italien.

Det skete i MINOS-eksperimentet ved Fermilab i Chicago, der ligesom OPERA-eksperimentet sender neutrinoer afsted og måler på dem dem. I 2007 målte MINOS en neutrinohastighed der var 1,000051 gange større end c. Den meget omtalte måling i italien er faktisk mere beskeden: 1,000025. Ikke desto mindre tolkede amerikanerne deres måling som en statistisk variation, som er konsistent med neutrino-hastigheder på højde med lysets men ikke over.