Tak
Nu kan vi spise brød til.
Derfor er måling af neutrinoers hastighed en kompliceret manøvre
Målinger viser, at neutrinoer i modstrid med Einsteins relativitetsteori bevæger sig hurtigere end lyset. Men målingerne af neutrinoers hastighed er i sig selv en ganske kompliceret sag.
Det er hovedgrunden til, at mange fysikere stadigvæk er skeptiske over for dagens meddelelse fra Cern om, at man har observeret, at neutrinoer, der sendes fra Cern i Schweiz til Gran Sasso i laboratoriet i Italien, har en hastighed på 1,000025 gange lysets hastighed i vakuum.
Hvis resultatet står til troende, vil det være en sensation.
For at bestemme hastigheden skal man kende tiden, det tager for neutrinoer at tilbagelægge afstanden, og naturligvis afstanden selv.
Afstanden er i denne forbindelse langt den letteste at bestemme. Afstanden mellem Cern og Gran Sasso er under geodætisk opmåling i 2010 bestemt til at være 731.278,0 meter med en nøjagtighed på 0,2 meter.
Det er noget sværere at bestemme tiden, selv om man råder over atomure og GPS-satellitter.
Statistisk metode
Neutrinoer dannes i Cern ud fra protoner som i bundter af varighed på 10,5 mikrosekunder skydes mod et mål af grafit, hvorved der dannes neutrinoer.
Neutrinoer vekselvirker kun meget svagt med andet stof, og det er derfor kun en ekstremt lille brøkdel af de dannede neutrinoer, man vil detektere i Gran Sasso.
Når man endelig detekterer en neutrino i detektoren i Gran Sasso, ved forskerne derfor ikke, fra hvilken proton i det 10,5 mikrosekunder lange vindue neutrinoen stammer.
Dermed har man ingen mulighed for at måle den hastighed, en bestemt neutrino tager for at tilbagelægge afstanden.
Løsningen er at summere mange hændelser og skabe sig en sandsynlighedsfordeling - en såkaldt probability density function (PDF).
Minimal usikkerhd
Bestemmelsen af tiden - og dermed også hastigheden - bliver dermed en statistisk opgave, som i dette tilfælde er baseret på 16.111 hændelser i perioden 2009-211, som stammer fra 10^20 protoner, som er beskudt mod graftit-målet.
En sådan procedure er der ikke noget principielt i vejen med, men den er naturligvis noget mere kompliceret at gennemskue - selv for eksperter.
I den videnskabelige artikel konkluderer forskerne, at de har opnået en nøjagtighed for tilfældige fejl, der er bedre end 6,9 nanosekunder, og en nøjagtighed for systematiske fejl, der er bedre end 7,4 nanosekunder.
Usikkerheden omkring længden mellem Cern og Gran Sasso giver kun anledning til en usikkerhed på 0,67 ns. Den største systematiske fejlkilde er en måling af tidsstrukturen af proton-beamet, der giver anledning til 5,0 ns.
Kontroversielt resultat
Cern-fysikeren Tomasso Dorigo skriver på sin blog, at analysen er udført af fysikere fra Lyon, der også vil gennemgå målingen på et seminar på Cern i eftermiddag.
Dorigo skriver også, at resultatet tilsyneladende er meget kontroversielt selv inden for Opera-konsortiet, der har stået for målingen. Seminaret var ifølge Dorigo oprindeligt planlagt til forrige fredag, men blev udskudt.
Målingen har fået visse forskere til at spekulere på, om neutrinoer kunne være tachyoner, dvs. partikler, som er bundet til altid at have en hastighed højere end lysets.
Sådanne hypotetiske partikler er ikke i direkte modstrid med relativitetsteorien, men de giver dog anledning til en lang række problemer med kausalitet i relationer mellem årsag og virkning.
Emner
Fysik
Læs også
Godt nok til mig
1,000025 lyder mere som en bekræftelse af værdien 1 end en afkræftelse.
Hvis de var kommet frem til 2,67 havde det været en del mere interessant.
Re: Godt nok til mig
[quote]1,000025 lyder mere som en bekræftelse af værdien 1 end en afkræftelse.
Hvis de var kommet frem til 2,67 havde det været en del mere interessant. [/quote
Som jeg ville sige til mine Fysik 1 studerende: et måleresultat er intet værd uden fejlangivelse. Selvfølgelig er 1.000025 tæt på1.000000, men hvis måleusikkerheden er 0.000004 er de to tal ikke ens. Altså, hvis man tager tallene for pålydende, er der tale om en opdagelse. Hele spørgsmålet er, om fejlene er estimeret korrekt. Hermed har jeg intet sagt om, hvorvidt jeg 'tror på' resultatet. Det drejer sig i sidste omgang om en nøgtern vurdering af mulige fejlkilder.
Re: Godt nok til mig
Der missede du vist pointen. Selv om resultatet viser sig at være korrekt ændre det ikke på troen på relativitetsteorien. Det vil kun flytte lidt på værdien af nogle konstanter.
Re: Godt nok til mig
Der missede du vist pointen. Selv om resultatet viser sig at være korrekt ændre det ikke på troen på relativitetsteorien. Det vil kun flytte lidt på værdien af nogle konstanter.
Vil det nu ogsaa det? Lysets hastighed er jo defineret til eksakt 299,792,458 m/s (se fx http://en.wikipedia.org/wiki/Speed_of_light).
Hvis vi forestiller os at vi aendrer den definition til en anden vaerdi, vil vi vel med de samme usikkerheder paa maaling af afstand og tid stadig naa frem til en uoverensstemmelse idet standardmeteren jo er defineret vha lysets hastighed (der er vedtaget pr definition....)!? Saa, saa vidt jeg kan se saa er det vidst ikke bare en lille justering i en konstants vaerdi hvis det virkelig er rigtig det de har maalt .....
Re: Godt nok til mig
Fysikerne vil ændre på konstanterne, indføre undtagelser og i overvejende grad forsøge at ignorere resultatet, fordi der ikke er nogle alternativer.
Resultatet 1,000025 er teoretisk ligeså destruktiv som 2,67, men mentalt er forskellen altafgørende. 2,67 ville fremtvinge et opgør med relativitetsteorien. 1,000025 vil blive bortforklaret.
Men lad os nu det bekræftet først.
"Lysets hastighed".
Er det egentligt sikkert, at lys i vacuum rent faktisk bevæger sig med "lyshastighed"?
Jeg kender ikke alle facetterne i relativitetsteorien og alt det der, men kunne man forestille sig at der er en maksimumshastighed, og lyset bare bevæger sig med "næsten" denne hastighed?
I stedet for som nu, hvor man mener at lysets hastighed virkelig er den højeste man kan opnå?
Og hvad er egentlig årsagen til at man mener lys i vacuum netop bevæger sig med den højest opnåelige hastighed?
Et opgør med relativitetsteorien?
I forestiller jer vel ikke, at sådan et eksperiment med eet skulle få GPSen til at sige at man står i den nærmeste mose? Eller at bilernes bly-batterier med eet kun kan holde 2V? Og at atomer og molekyler ændrer facon og egenskaber?
Er det en eller anden form for videnskabs-revolutions-romantik?
Re: Et opgør med relativitetsteorien?
Nej, bare rolig. Din gamle GPS bliver ved med at virke. Kun GPS'er fremstillet efter at forsøget er bekræftet vil blive påvirket.
Neutrinoers fart, et enklere forsøg?
Kan man ikke udføre et af disse to simple eksperimenter til afgørelse af, om neutrinoer, N, er hurtigere end lys, fotoner, F?
1) I den ene ende af et rør afsendes fra 'startlinien' samtidigt en N og en F. De suser igennem røret hen til den anden endes mållinie, hvor der er en detektor for N og en for F. En evt usikkerhed på viden om længden af røret er irrelevant. De gennemløber samme strækning. Tiden, de er om det, er også ligegyldig. Man skal bare kunne detektere, om N når i mål før F.
2) Hvis det teknisk ikke kan lade sig gøre at afsende to parallelle stråler af N og F, så kunne opstilingen i stedet være denne:
En F sendes afsted. En ganske kort tid senere afsendes en N. Hvis N er hurtigere end F, overhaler den F og når i mål før den (eller rammer ind i 'ryggen af' den' undervejs)
Hvis en fagfysiker blandt læserne mener, at ideen du'r, så send den til CERN og andre med 'væddeløbsbaner' for elementarpartikler og lys
Lyshastighed = signalhastighed?
Mig bekendt bygger den specielle relativitetsteori på en hypotese om en maksimal signalhastighed og udspringer af målinger af lysets hastighed, som viser at den er uafhængig af referencesystemet.
Det er nærliggende at tro, at lyset udbredes med den maksimale signalhastighed, men med så lille en afvigelse som der nu er målt kan jeg ikke se at målingerne skulle rokke ved det teoretiske fundament. Men det er da af interesse, hvis man kan konkludere, at lysets hastighed blot er meget tæt på den maksimale signalhastighed.
Re: Godt nok til mig
1,000025 lyder mere som en bekræftelse af værdien 1 end en afkræftelse. Hvis de var kommet frem til 2,67 havde det været en del mere interessant.
Enig! Eller blot 1,1 ville have været nok til at jeg havde løftet øjenbrynene.
Jeg er ikke partikelfysiker, men en forøgelse på 0.0025% med de uskkerheder som beskrevet i artiklen? Så er jeg skeptisk må jeg indrømme.
Jeg er tilbøjlig til at stille spørgsmålstegn til præcisionen og usikkerheden af målingerne.
Det bliver spændende at se hvad nærmere analyser finder frem til.
Re: Godt nok til mig
Jeg er tilbøjlig til at stille spørgsmålstegn til præcisionen og usikkerheden af målingerne.
Det er der god grund til.
Når man endelig detekterer en neutrino i detektoren i Gran Sasso, ved forskerne derfor ikke, fra hvilken proton i det 10,5 mikrosekunder lange vindue neutrinoen stammer. Dermed har man ingen mulighed for at måle den hastighed, en bestemt neutrino tager for at tilbagelægge afstanden
Og så tyr man til hundekunstner (statistik) og dermed til inddirekte målinger.
Bestemmelsen af tiden – og dermed også hastigheden – bliver dermed en statistisk opgave, som i dette tilfælde er baseret på 16.111 hændelser i perioden 2009-211, som stammer fra 10^20 protoner, som er beskudt mod graftit-målet
Gennemsnit! Er det eksakt naturvidenskab?
Væddeløb
Mellem fotoner og neutrinoer.
Eksperimentalfysikere udretter af og til mirakler i laboratoriet, men et sådant kapløb der skal ske i vacuum?
Vi skal huske på at "smarte" ideer ofte kan være yderst vanskelige at realisere - der kan være flere års foreberedelse for gennemførelse af lign. forsøg, så det er selv sagt begrænset hvor meget der kan/skal afprøves (økonomi!). Husker et forsøg, relativitetsteori vs kvantefysik, udtænkt af Penrose - forberedelsestid: 3 år.
I neutrino forsøgene må der også tages hensyn til kvantefysikken, for at kunne bevare overblikket.
Der er mange forsøgsdetaljer der skal overskues, og vi husker endnu banalt mlg. lednings isolering der var skyld i rumfærgens forlis i 86 (eller 88).
Mange af menneskets foretagener er så uoverskuelige og komplicerede, at overblikket mistes - og overblik er vigtigt for at gennemføre store ting idet disse gerne skulle fungere som en enhed som en helhed. Brobygning, rumfærge og Cern forsøg.
Kommentarer (14)