Objavljeno u Nacionalu br. 832, 2011-10-25

Autor: Miroslav Ambruš-Kiš

Uzdrmana fizika čestica

Neutrini i fotoni u fotofinišu

Snop čestica ispaljen u topu u CERN-u dokazao je da su neutrini do mete stigli 60 nanosekundi prije svjetlosti

Izgradnja tunela kroz
kojeg su ispaljivani neutrini. Što je pošlo krivo?Izgradnja tunela kroz kojeg su ispaljivani neutrini. Što je pošlo krivo?Kog se to vraga traži u CERN-u? - pitat će se oni koji rado zbrajaju kruške i jabuke. Takvo pitanje postavljaju ljudi koji slijede isti obrazac koji se prošlih tjedana na internetu poigravao slikom Stevea Jobsa i anonimne crne djece uz slogan “Jedan umre, tuguju milijuni. Milijuni umiru, nitko ne tuguje”. Neznanje nije sramota za onog tko ne zna. Sramota je kad se onaj tko ne zna time ponosi. "It’s economy, stupid!" - slogan je iz predsjedničke kampanje Billa Clintona koji i sada jednostavno odgovara na takve istupe.

Doslovno, Einsteinova formula da je energija isto što i masa pomnožena s kvadratom brzine svjetlosti mora se bolje iskoristiti. Još se ne zna točno kako energija prelazi u masu i obratno. To otkriće moglo bi jednom biti temelj energetskog blagostanja čovječanstva. Energija fisije, kojom se u konvencionalnim nuklearnim elektranama lančanom reakcijom uranovih šipki proizvodi toplina, a njome se para tjera na turbine elektrana, primitivna je. Oslobađa tek djelić energije zarobljene u materiji.


Puno bolja iskoristivost nije ni u nepostojećim fuzijskim reaktorima, ali reaktor ITER koji se zajedničkim snagama tehnološki najnaprednijih zemalja gradi u Cadaracheu trebao bi inženjerima dati znanja za rutinsku gradnju takvih reaktora. Fuzijski barem obećavaju da su radiološki manje opasni od fisijskih. Zato 5000 fizičara u CERN-u motri što se događa nakon sudara snopova protona ili jezgara olova pri njihovu raspadu. Traži se Higgsov bozon, član koji nedostaje u Standardnom modelu fizike čestica, svojevrsnoj Mendjeljejevljevoj tablici sa 16 osnovnih podatomskih čestica. No cilj nije samo popuniti tablicu nego spoznati kako te čestice uzajamno djeluju, kako nastaju i kako se mnoge od njih u kratkotrajnu životu prometnu u stabilniji oblik materije. I natrag, ako je moguće. To je područje toliko široko, a istraživačkog je posla toliko mnogo da se njime danas bavi možda 10.000 istraživača.

NOVI REZULTATI UVIJEK razriješe poneku dilemu, a i dio teoretičara položi oružje kad im dokazi opovrgnu postavke za koje se zauzimaju. No danas se u znanosti jedino tako može napredovati. A što ako se pritom dogodi da se dokazima raspadne desetljećima brižljivo dopunjavan Standardni model fizike čestica? Ili da se posve opovrgnu temelji Einsteinove opće i posebne teorije relativnosti? Ništa. Traga se za novim konceptom. A ono što “radi po starom” radit će i dalje: prema Newtonovim općim zakonima gravitacije ravnaju se i danas letjelice širom Sunčeva sustava. Jedan je takav potencijalno sablažnjiv rezultat uzdrmao same temelje fizike čestica: pokus OPERA.

Iz topa u CERN-u na granici Švicarske i Francuske s dubine od 50 m ispod zemlje potkraj kolovoza ispaljen je snop čestica prema 731 km i 278 m udaljenoj meti u talijanskom Laboratoriju Gran Sasso, 1400 m ispod planinskoga stijenja. U CERN-u je snop filtriran da bi u njemu ostali samo neutrini. Na meti, detektoru OPERA-e u planinskom podzemlju između gradova L’Aquila i Teramo, taj su snop ulovili. Rezultat objavljen 23. rujna bio je senzacija, a mediji su pisali: neutrini su brži od svjetlosti! Dario Autiero iz Instituta nuklearne fizike u Lyonu objavio je da su neutrini na detektor pristigli neobjašnjivih 60 nanosekundi prije nego što bi stigla svjetlost brzinom od 299.792.458 m u sekundi! Da je riječ o nečem posebnom, dobio sam nagovještaj već 15. rujna, ali je trebalo proći još 8 dana do objavljivanja “neutrinske anomalije iz OPERA-e”. Nije teško zamisliti koliko su puta fizičari provjeravali što bi mogao biti trivijalan uzrok anomaliji koja se uporno ponavljala: neutrini su u pokusima od 2009. do 2011. detektor pogađali za jednu četrdesettisućinku vremena brže no što se očekivalo! Neutrini između dviju točaka u svemiru put prevale brže od fotona. Znamo i zašto, zbog same prirode neutrina. Neutrino je čestica gotovo bez mase, neutralna je naboja i vrlo slabe podatomske interaktivnosti. Putuje gotovo pravocrtno kroz prostor i materiju, a na tu stazu ne utječu ni elektromagnetske sile ni gravitacija. Izboj neutrina iz neke točke u svemiru koji na prijemnom instrumentu nacrta graf pomaže da se točno ustanovi udaljenost izvora u svemiru, jer ostatak čestica crta koje pristignu kasnije crta gotovo istu krivulju.

ZBOG TE OSOBINE TA JE čestica astrofizičarima i kozmički glasnik. Neutrini do Zemlje iz dalekih Britanski astrofizičar
Stephen Hawking kladio
se u 100 dolara da u
CERN-u neće pronaći
Higgsovu česticuBritanski astrofizičar Stephen Hawking kladio se u 100 dolara da u CERN-u neće pronaći Higgsovu česticuzviježđa stižu brže od fotona jer od njih prevaljuju kraći put: fotoni se ipak ogibaju pod utjecajem elektromagnetskih sila i gravitacije. Kad je 24. veljače 1987. eksplodirala supernova tipa II udaljena 168.000 svjetlosnih godina, 23 neutrina iz nje detektori su zabilježili tri sata prije nego što je stigla svjetlost eksplozije. Nevolja s tom razlikom od 60 nanosekundi iz OPERA- e je u tome što bi nam, kad bi se ta mjera primijenila na supernovu iz 1987., neutrini odatle stigli četiri godine i dva mjeseca prije fotona. A, naravno, nisu! Budući da su bezbroj puta provjereni svi instrumenti koji su sudjelovali u pokusu, ponovno izmjerene veličine svih otpora u supraprovodnicima, kao ostali parametri mjerenja, od atomskih satova do precizna ustanovljavanja udaljenosti između instrumenata u CERN-u i Gran Sassu, odlučeno je da rezultati budu objavljeni. U manje od mjesec dana o tom je paradoksu objavljeno više od sto radova! Paradoksi su u znanosti najinspirativniji pokretači novih otkrića. Ovaj bi paradoks, izmjeren u kolovozu, ako su mjerenja bila točna, poljuljao i samu Einsteinovu posebnu teoriju relativnosti prema kojoj ništa ne može putovati brže od svjetlosti. Jedno domišljato tumačenje, čija kalkulacija pokazuje odakle tih 60 nanosekundi manjka, nadahnjuje se Einsteinovom općom teorijom relativnosti! Roland van Elburg naslućuje da je greška u satelitskom mjerenju udaljenosti između izvora neutrina i detektora OPERA- e. Satovi GPS satelita imaju točnost od samo 100 nanosekundi. No autor tvrdi da greška nije do neprecizna sata u satelitima, nego je u poimanju da sateliti udaljenost mjere iz čvrstih točaka na nebu.

A ZAPRAVO SE STALNO KREĆU, kao i Zemlja! Upravo u tim relativističkim odnosima brzina kretanja satelita i Zemlje bila bi greška u izračunu stvarne udaljenosti između izvora i mete neutrina za mjeru od 60 nanosekundi! Ako i nije točno, zvuči sočno! Neutrino je zanimljiva čestica, čije bi temeljitije istraživanje moglo razotkriti i mnoge druge tajne. U CERN-u su 18. listopada odlučili otvoriti drugu fazu studije za izradu europskog detektora neutrina LAGUNA čija bi težina bila između 100.000 i 500.000 tona. Timom od 300 fizičara koordinirat će André Rubbia sa sveučilišta ETH u Zürichu. Neutrino se posve uklapa u Standardni model fizike čestica, a poznata su tri njegova “okusa”: elektronski neutrino, muonski neutrino i tau-neutrino. Ovaj posljednji otkriven je u lipnju 2000. a do danas su zabilježene sve tri inačice neutrina i u svom antimaterijskom obliku, kao antineutrini.

Vezane vijesti

Tajnoviti Higgsov bozon navodno pred otkrićem

Tajnoviti Higgsov bozon navodno pred otkrićem

Nova mjerenja koja su dva znanstvena tima izvela s američkim akceleratorom Tevatronom, zatvorenim 2011., daju naslutiti da će Higgsov bozon, ključnio… Više

Komentari

Ovaj članak nema komentara.

Nije moguće komentirati članke starije od tri mjeseca.

Najnovije

Izbor urednika