פרופ' ז'אק גולדברג מהטכניון שהשתתף בניסוי הניוטרינו המהיר מן האור לאתר הידען: יש צורך לבחון את כל האפשרויות לפני שמכריזים על מות תורת היחסות

"עכשיו זו שעתם של התיאורטיקנים לתת הסבר לתופעות שניצפו, ויש סיכוי סביר שהם יסתדרו עם תורת היחסות" אומר פרופ' גולדברג

גלאי הניוטרינו בגראן סאסי באיטליה, שם התגלו חלקיקים שלכאורה מהירים מהאור
גלאי הניוטרינו בגראן סאסי באיטליה, שם התגלו חלקיקים שלכאורה מהירים מהאור

299,792,458 מטרים לשנייה. זו מהירות האור אותה לא ניתן לעבור, ולא משנה באיזו מערכת ייחוס משתמשים. זו המסקנה הבסיסית, ואי אפשר לעבור אותה ולו בכמה קמ"ש בודדים, כפי שנטען שעשו חבילות חלקיקי ניוטרינו ששוגרו ממתקן CERN שבג'נבה ונקלטו במוסך השוכן במערה מלאכותית המסתעפת ממנהרה לאורך אוטוסטרדה 24 באיטליה והמשמשת כמוסך חניה לכלים כבדים.
פרופ' ז'אק גולדברג מהפקולטה לפיזיקה בטכניון הוא הישראלי היחיד שהשתתף בניסוי הניוטרינו. בראיון לאתר הידען הוא מסביר כי כעת זו שעתם הגדולה של התיאורטיקנים למצוא הסבר, ורוב הסיכויים שההסבר יהיה כזה המתיישב עם תורת הייחסות, כמו למשל לבדוק מה השפעת מעברם של חלקיקי הניוטרינו ב-732 קילומטרים של סלע.
"במסגרת תורת הייחסות המצומצמת של איינשטיין, שהוא פרסם ב-1905 יש הנחת יסוד שמהירות האור היא קבוע אוניברסלי ובכל מערכת שנבדוק נקבל את אותה תשובה. המשמעות של היות מהירות האור קבועה היא ששום דבר לא יכול לעבור אותה, שום גוף, שום חומר, שום חלקיק. חלקיקים יכולים להגיע למהירות הזו בדיוק אם המסה שלהם היא אפס מתמטי. אם המסה יותר מאפס מתמטי, קטנה ככל שתהיה החלקיק לא יכול להגיע למהירות הזו. כלומר זה קבוע אוניברסלי בנוי בתוך הטבע.

איך ביצעתם את הניסוי?

"יצרנו אלומה של חלקיקים בשם ניוטרינו באחד המאיצים של CERN (לא במאיץ הענק אלא במאיץ SPS – Super Positron Synchortron שמשרת גם את הפיזיקאים לצורך מחקר וגם מזין את הפרוטונים למאיץ הגדול). מהמאיץ הזה יודעים להוציא חלקיקי ניוטרינו ומכוונים אותם כמה שניתן לכוון אותם בכיוון של מערה מלאכותית שנמצאת באיטליה במרחק של 732 קילומטרים והמרחק נמדד בסטייה של 20 סנטימטר בלבד. "
"יש לציין כי את הניסוי הזה בנינו למטרה אחרת – חיפוש המסה של הניוטרינו.

בהקשר זה פרסמנו לפני 15 חודשים תגלית לפיה קיימים בטבע 3 סוגים של ניוטרינו, החידה המעסיקה את כולם היא מהי המסה של הניוטרינו. כל נסיון למדוד אותה בצורה קונבנציונלית נתן תשובה קומפטבילית עם אפס בהתחשב בשגיאות המדידה עד שהמציאו באופן תיאורטי שיטה המתארת את הניוטרינו כגל ועל ידי התאבכות גלים אפשר להגיע לדיוק גבוה מאוד במסה, זו תופעה קוונטית שמאוד קשה להסביר אותה בשפה של יום יום והיא גורמת לכך שניוטרינו שיוצא מג'נבה ששייך למשפחה מסויימת (מיו) משנה את ה'גנים' שלו כעבור מרחק מסוים והופך לניוטרינו מסוג אחר (טאו) ומצאנו הוכחה ראשונית של התופעה הזו. הבחנו בכך שלפחות עבור אחד משלושת הסוגים, המסה שלו שונה מאפס מתמטי בשביל זה בנינו את הניסוי שלנו וזה עיקר העיסוק שלנו, אבל מסתבר שהניסוי הניב גם תוצאה בלתי צפויה.

ירינו ניוטרינו מג'נבה אל תוך המערה הזו ועם שעונים מדוייקים מדדנו מתי הניוטרינו יצא מג'נבה ומתי הוא הגיע למערה באיטליה ואנחנו יודעים את המרחק בין מקום ההמראה ומקום הנחיתה. מחלקים את המרחק בזמן והתוצאה היא מהירות הניוטרינו. מסתבר לנו שהממצא שלנו והוא מבוסס מאוד מבחינה טכנית, מראה שהחלקיקים הגיעו מוקדם מהצפוי. אמנם מדובר במעט זמן אבל לא מבוטל, כלומר לפי המדידות שביצענו הניוטרינו נעו במהירות הגבוהה ממהירות האור.

אם אכן הם עברו את מהירות האור, זו כנראה בעיה בפרשנות. מבחינה טכנית לא נשאר הרבה ספק שהתוצאה נכונה, לדעתי יכולים להיות עשרות הסברים לסיבה שהניוטרינו מגיע לפני הזמן שהיינו מצפים שיגיע אם הוא היה נע במהירות האור ואני לא חסיד גדול של מי שאומר שזה קורה בגלל שהניוטרינו סותר את תורת הייחסות. אני בטוח שיש הסבר חלופי שלא יגרום למהומות אבל לא כל כך פשוט כי אחרת היינו מכירים אותו".

"הערה חשובה: הניוטרינו נע בקו ישר, אי אפשר להטות אותו באמצעות מגנטיות, הוא חסר מטען חשמלי. הקו הישר המחבר את נקודת ההמראה בג'נבה לנקודת הנחיתה באיטליה עובר דרך 730 קילומטר של סלע. הדבר מחייב טיפול בניוטרינו כאילו הוא חבורה של גלים, מקבץ של גלים, לא נקודת חומר בעלת גודל אפס אלא מקבץ של גלים. החישוב של מעבר מקבץ של גלים דרך 730 קילומטרים של אבן הוא לא חלוקה פשוטה מהסוג שעושים בכיתה ו' אלא משהו מסובך מאוד בפיזיקה תיאורטית. זה לא נעשה עד היום על ידי אף אחד כי לא חשבו על זה ולכן אני די בטוח, עד כמה שאדם יכול להיות בטוח, שההסבר לתופעה אינו בהריסת תורת הייחסות אלא בהבנת מה שקורה כאשר חבורת גלים של ניוטרינו עוברים דרך 730 קילומטרים של אבן."

אני גם אומר בלי בושה שאני לא מסוגל לבצע את החישוב הזה, נצטרך להיעזר בתיאורטיקנים. הציבור וגם מדענים לצערי מגיבים בהתלהבות גדולה, שלום איינשטיין. לפחות צריך לבדוק את זה לפני שמצהירים על מותה של תורת הייחסות.
"אנחנו כפיזיקאים נסיונאיים חושבים שהתפקיד שלנו הוא לבצע מדידות נכונות ולדווח על הממצאים שלנו, על הערך שמצאנו ועל שגיאות המדידה. במאמר שכתבנו על הנושא שמעסיק כעת את המדיה יש רק תוצאות של מדידה מסוג זה שהלכו עד הסוף. הגבול של המדידות בעצמו הוא דבר מדהים כי אף אחד לא עשה את זה קודם. מדדנו את הפרש הזמן בין ההמראה של הניוטרינו לנחיתה שלו באיטליה עם אי ודאות של עשר מיליארדיות השניה (עשר ננו שניות). את המרחק האמיתי של 730 קילומטר מדדנו בדיוק של 20 סנטימטר, אנשים הזיעו שנים כדי להגיע לדיוק הזה והדיוק הזה הוא שנתן לנו תוצאה שהניוטרינו מגיע 60 ננו שניות מוקדם ממה שחשבנו עם אי ודאות של 10 ננו שניות, ההסתברות שזה יתקרב לאפס היא אפסית. עשינו זאת כדי להגיד הניוטרינו מגיעים כך וכך מיליארדיות של שניה לפני או אחרי המועד בו האור היה אמור להגיע."

גולדברג תוקף את עמיתיו לקבוצת המחקר שמיהרו להספיד את תורת הייחסות ולצאת עם זה לתקשורת. "התפקיד שלנו כנסיונאיים הוא לא לקבוע אם זה כן הורס את הייחסות או לא הורס את הייחסות. זה אמנם מרתק לדעת וחשוב לדעת אבל זה הג'וב של הקולגות שלנו שהם תיאורטיקנים וגם להם צריך לתת להתפרנס. ההתערבות היחידה שלי בצד של הפרשנות הייתי רוצה להדגיש שכל הצרות מתחילות בכך שאנשים מדברים עם יתר בטחון עצמי. בן אדם שלא מסוגל להטיל ספק אפילו במה שהוא בטוח שהוא מבין, אדם שלא מסוגל להטיל ספק על מה שהוא חושב, לא חשוב באיזה נושא הוא לא ראוי לכינוי מדען. אולי הוא פוליטיקאי שיש לו "אני מאמין" שלו אבל לא מדען. מדען שלא מסוגל להטיל ספק על מה שעשה בעצמו ועל ההסבר שהוא חושב על זה הוא לא רציני והפריחה של שטויות מסביב למדידה שעשינו היא הדוגמה הכי טובה שאפשר לתת לדבר הזה." מסכם פרופ' גולדברג.

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

23 תגובות

  1. רני
    לפי הנוסחא, הפרמטר אינו שלילי אלא מדומה (שורש של מספר שלילי).
    אחד הפירושים הפיזיקליים האפשריים הנו שישות שעוברת את מהירות האור – טכיון – מעולם לא היתה במהירות נמוכה ממהירות האור.
    שנה טובהץ

  2. שלום,

    אם המדידה נכונה, מה זה בעצם אומר על טרספורמצית לורנץ?
    בנוסחא יש שורש שהפרמטר שלו הופך שלילי אם עוברים את מהירות האור.
    האם זה אומר שיתכן והנוסחא היא רק קירוב טוב לחוק הטבע האמיתי?
    האם יתכן שתיקנון קטן של הנוסחא (פקטור נויטרינו) יהווה הרחבה מספיקה כדי לכסות את המקרה החדש?

    שנה טובה,
    רני

  3. "אם אכן אותו נייטרינו נע מהר מן האור זה בזכות היותו גל ולא חלקיק." (משפט שאני כתבתי בהתייחסות הראשונה שלי לכתבה הקודמת:
    http://www.hayadan.org.il/neutrino-pass-spead-of-light-2309114/

    "כל נסיון למדוד אותה בצורה קונבנציונלית נתן תשובה קומפטבילית עם אפס בהתחשב בשגיאות המדידה עד שהמציאו באופן תיאורטי שיטה המתארת את הניוטרינו כגל ועל ידי התאבכות גלים אפשר להגיע לדיוק גבוה מאוד במסה, זו תופעה קוונטית שמאוד קשה להסביר אותה בשפה של יום יום…" (משפט של פרופסור זאק גולדברג מתוך הכתבה הנ"ל).

    אני כתבתי את המשפט שלי לפני שידעתי את מה שגולדברג כתב כאן. אני רק "חובבן", אבל ברצוני להכווין את אנשי המקצוע לאפשרות שהתפיסה של הניטרינו כחבורת גלים אינה רק טריק תיאורטי אלא המציאות עצמה! אמשיך הלאה ואטען שאם חבורת הגלים היוצרים את הניטרינו אינם גלים מעבירי אות אלא הגלים היוצרים את המרחב (וקיומם של חלקיקים נובע מתוך סופרפוזיציה שלהם), אזי שניתן גם לקבל מראית עין של חלקיק הנע מהר מן האור. במקרה כזה החלקיק שנמדד באיטליה אינו בהכרח אותו חלקיק שיצא מצרפת, אלא העתק שלו במחזוריות הנוצרת בסופרפוזיציה…

    למתעניין:
    http://www.q-spacetheory.org

  4. גולדברג צודק כשהוא תוקף את עמיתיו שמיהרו להספיד את תורת הייחסות. יש כל כך הרבה סיבות לבעיות מדידה בניסוי.
    1. מדידת המרחק שגויה.
    2. כיול השעונים האטומים בעייתי.
    3. השהיה של מדידות החיישנים.
    4. זמן יצירת הנוטרינו אינו ידוע במדוייק והוא קורה כנראה בטווח של 1ק"מ לאורך מוט הגראפיטי. (מרות שהם טוענים שזה זניח)
    5. החישוב המתמטי של מהירות גלים ולא חלקיקים.
    6. אחרי 3 שנים המדענים צריכים עוד כסף ולכן יוצאים בכותרות.

    בקיצור יש הרבה סיבות לשגיאות ולמרות שהתוצאה מובהקת היא עדיין נמצאת באותו סדר הגודל של השגיאה האפשרית. יש עוד מרחק רב בין התוצאות עד להפרכת תורת היחסות.

  5. לרונן- אור מושפע מכבידה, ראה ערך עידוש כבידתי של אור, שמטה את המסלול של האור.. אבל למיטב ידיעתי המהירות שלא לו אמרוה להשתנות מהכבידה, זה היחוד של מהירות אור סופית, אורך הגל אולי יושפע, וגם המסלול שלו, אבל לא המהירות.

  6. יכול להיות אולי שגופים מהירים מאוד מקיימים אינטארקציה מועטה בלבד עם חומר אם בכלל? בדיוק כמו שכדור מהיר מאוד יכול לעבור דרך גוש פלסטלינה התלוי על חבל בלי להזיז את החבל, בעוד שכדור איטי יגרום לחבל לזוז. זה יכול להסביר את הנייטרליות של הניוטרינו, טכיונים, ועוד.

  7. אשמח לקבל הסבר מאנשים שמבינים בתחום . לפי תורת היחסות הכללית הזמן תלוי בשדה הכבידה . לכן כשאומרים שמהירות האור היא בערך 300 אלף ק"מ בשנייה. האם כל צופה לא משנה באיזה שדה כבידה הוא נמצא ימדוד את אותה מהירות האור? כלומר האם מהירות האור אינוואריאנטית גם לשדה הכבידה?

  8. השהייה של הגלאי,

    איך לא חשבו על זה? אולי הניסיונאי היה שיכור? תסמוך קצת על המדענים שלפני שהם יוצאים בהצהרה בומבסית כזו הם בודקים את כל האפשרויות הטריוויאליות.

  9. על פי תורת היחסות, המרחק אמור להתקצר (לורנץ פקטור), הניוטרינו עבר דרך קצרה יותר ובכך הגיע קודם, בחישוב זה נראה כאילו הוא עבר את מהירות האור. ???

  10. שאלתי בדף הפייסבוק שלי… אתם יכולים לגלוש, כי נתתי שם גם קישורים לכתבות.
    מהירות הניטרינו = מרחק מסרן לגלאי אופרה במעבדת גרן ססו/הזמן של המסע של קרן CNGS. נשלחה קרן CNGS לגלאי OPERA. בוצעו סימולציות, מדידות, חישבו טעויות, אי ודאויות, מדידות, חישובים, גיאודזיה, לקחו בחשבון טעויות, חישבו בדיוק את מערכת הייחוס וכו'. לכאורה נוסחא פשוטה: מהירות = מרחק/זמן. כאשר לוקחים את מהירות האור בואקום ואת הניטירינים המיואונים בעלי אנרגיה ממוצעת של 17 GeV, הפרש המהירות הממוצעת בין מהירות האור בואקום למהירות הניטרינו הנמדד הייתה קטנה.
    האם היה תווך דיאלקטרי, מפזר? מדובר בואקום. אז מדובר במהירות חבורה? מהירות פאזה? גם לא. אז מה ההסבר? העלו את האפשרות של קרינת צ'רניקוב.
    תארו לכם שאינשטיין היה חי היום והיו שואלים אותו: תן הסבר למה שמצאו. אני מכירה את סגנון ההסברים של אינשטיין. קראתי את כל ההתכתבויות שלו שפורסמו עם הקולגות שלו – באיזה שלושה ארבעה כרכים. תארו לכם שאינשטיין היה חי היום והיו שואלים אותו: תן הסבר לניסוי הניטרונים שבוצע. אני מכירה את סגנון ההסברים של אינשטיין. קראתי את כל ההתכתבויות שלו שפורסמו עם הקולגות שלו – באיזה שלושה ארבעה כרכים של כתבי אינשטיין. אינשטיין אמר פעם למישהו שאם תמצא הפרכה אחת בניסוי לתורה שלו הוא מוותר עליה. אבל אינשטיין לא האמין שהפוסטולט של קביעות מהירות האור והעיקרון שמהירות האור היא גבול עליון יופרו. ולכן הוא גם אמר שהוא מוכן לוותר על התיאוריה שלו לנוכח הפרכה בניסוי, כי הוא לא האמין שתהיה הפרכה כזו…

  11. האם הם חשבו על כך שמהירות התגובה של הגלאי לאור שונה ממהירות הגלאי של הניוטרינו?
    אני מניח שעשו כיול למרחק באמצעות קרן אור, אבל אז יש BIAS שנגרם ממהירות התגובה של הגלאי.
    אם ההשהייה שונה בין גלאי אור לגלאי ניוטרינו, אז זה יכול להסביר את התוצאות.
    לצורך העניין, ההגדרה המודרנית של מטר היא האורך שקרן אור עוברת ב-T שניות. http://en.wikipedia.org/wiki/Metre
    בגלל שמדידת זמן שעוברת קרן אור דורשת גלאי ולכן השהיית הגלאי עלולה להשפיע.

  12. לשאלת הדיוט
    דיברו בתוצאות הניסוי על אי וודאות של עשרה ננו שניות שהם הרבה יותר קטנים מהסטיה הנימדדת של שישים ננו שניות. כך שלא ניראה לי שמכאן תבוא הישועה
    שבת שלום
    סבדרמיש יהודה

  13. נטען בכתבה שהמטרה היתה למדוד את מסתו של הניטרינו. האם עקרון אי הוודאות לא אומר שאת מדידת מיקומו של חלקיק יחד עם מהירותו ניתן לדעת עד כדי דיוק שתלוי במסת החלקיק?
    אם אין יודעים את מסת החלקיק האם זה לא מגביל את יכולתנו למדוד את מהירותו?

  14. לאבי
    רצוי שתחבר את שני המאמרים בנושא זה כי התגובות מתאמות לשניהם.
    אני אעביר את תגובתי האחרונה משם גם לכאן
    שבת שלום
    סבדרמיש יהודה

  15. שאלה:

    האם נמדדה אי פעם מהירותו של הניטרינו למרחק כה גדול, בתווך שונה כגון אוויר או ריק?
    אם כן, האם התוצאה שנמדדה היתה זהה למהירות האור?

  16. נקודה,

    סביר להניח כי לפני שמדען יוצא אם ידיעה כלשהי לתקשורת הוא בוחן באופן קפדני את התוצאות שלו… אני בטוח כי המרחק בין נקודת היציאה של הניוטרינו לבין היכן שהתגלה נמדד בדיוק של ס"מ כך שלדבר על רעידת אדמה ששינתה את המרחק ב-18 מטר??? אני מניח/מקווה כי התלוצצת

    לגבי תאוריית הניוטרינו שלך. מבחינת פוטונים חומר אפל הוא שקוף הלוא שמו חומר אפל קרי הוא לא מבצע אינטרקציה עם פוטונים. מהירות האור נמדדה בדיוק מדהים באינספור ניסיונות והיא משמשת את הבסיס להבנתינו את היקום. אם מדידת מהירות האור הייתה תלויה במרחק שעבר האור דרך חומר כלשהו היו הניסיונאים מודדים מהירות שונה כל פעם. אכן יש פיזור במדידת ערכה של מהירות האור אבל הפיזור הזה לא מתקרב בכלל להפרש שנמדד בניסוי המדווח. בשורה התחתונה אין שום סיכוי כי קיימת טעות מהותית בערכה של מהירות האור הנובעת משגיא סיסטמתית שמקורה בכך שהואקום אינו מושלם.

  17. בכל מקרה, לפי דעתי, המהירות של הניטרינו גדולה ממהירות הפוטון, והמהירות שלו היא "מהירות האור" האמיתי. ולא המהירות של גלים אלקטרומגנטיים הנעים ב"ריק" שלגבם המרחב הוא לא חלק(ריק) לגמרי.
    אינטרקציה עם חלקיקים וירטואליים או חומר אפל מאטה פוטונים, אינטרקציה שאין עם הניטרינו החמקמק .

  18. הסבר פשוט אחר יכול להיות פשוט שהמרחק השתנה ב18 מטר עקב רעידות אדמה. 🙂
    מתי מדדו את המרחק הזה בפעם האחרונה?

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן