פנטום האופרה: OPERA חוזרים על ניסוי הניטרינו המהיר מהאור בעקבות הביקורות

הסאגה של הניטרינו הטכיוני נמשכת. כזכור קבוצת אופרה פרסמה מאמר פרה-פרינט ב-arXiv – שהוא מאגר מאמרים לא שפיטים. ההחלטה לחזור על הניסוי פירושה שהקבוצה תעכב את הגשת התוצאה שלה במאמר לכתב העת השפיט בערך בחודש.

קבוצת OPERA, Oscillation Project with Emulsion-Tracking Apparatus, שעשתה כותרות בכל העולם בחודש שעבר כאשר היא הכריזה שהיא לכאורה צפתה בניטרינים שנעים מהר יותר מהאור, החליטה לבצע מדידות חדשות מאוד מדויקות כדי לבדוק מחדש את התוצאה השנויה במחלוקת שלה. המדידות יבוצעו כנראה בשבוע הבא וכנראה שימשכו על פני עשרה ימים.

הסאגה של הניטרינו הטכיוני נמשכת. כזכור קבוצת אופרה פרסמה מאמר פרה-פרינט ב-arXiv – שהוא מאגר מאמרים לא שפיטים. ההחלטה לחזור על הניסוי פירושה שהקבוצה תעכב את הגשת התוצאה שלה במאמר לכתב העת השפיט בערך בחודש.

הצעד הזה בא בנוסף בעקבות גל המאמרים שזרם ל-arXiv – כולל דיונים בפורומים והצעות בבלוגיה – כאשר רובם הביעו חוסר הסכמה לוהטת בנוגע לטענת הקבוצה שמהירות הניטרינים יכולה לעבור אפילו בכמה ננו שניות את זו של האור. ההתנגדות התקיפה הייתה בייחוד לטענה שאולי התוצאה הזו הוכרזה מהר מידי בטרם היא נבדקה היטב.

בפעם הבאה כאשר אתם חושבים שאולי גילתם ש”איינשטיין טעה”, קודם תחזרו כמה פעמים למעבדה בטרם תצאו בזו ההכרזה, כי הסרבר של arXiv יתמלא בהמוני מאמרים מתנגדים וכועסים אם לא תעשו כן.
גלאי ה-OPERA ממוקם תחת הר הגרן ססו במרכז איטליה. גלאי זה חוקר את תכונות הניטרינים שנעים למרחק של 730 קילומטרים דרך קרום כדור הארץ לאחר שנוצרו במעבדת CERN בג’נבה. במאמר של קבוצת ה-OPERA שהועלה למאגר arXiv ב-22 לספטמבר, הקבוצה דווחה שנראה כי הניטרינים שנצפו בין 2009 ל-2011 נעו מהר יותר מהאור, בהגיעם בערך 60 ננו שניות מוקדם יותר ממה שמצפים מהחישובים המדויקים.

חלק מהחברים בקבוצה שמנתה 160 איש מאמינים שדרושות בדיקות נוספות כדי להיות בטוחים לגמרי שאכן התוצאה שנתקבלה היא לא עקב טעות במדידה. ואכן היה ויכוח ער בתוך הקבוצה עצמה, האם יש לבצע את הבדיקות הנוספות האלה בטרם יוגש לפרסום המאמר לכתב העת השפיט.

מתוך הקבוצה כמה מ-30 מנהיגי הקבוצה בכלל התנגדו לכך שהפרה-פרינט ישוחרר לסרבר ה-arXiv והתנגדו גם לסמינרים שבאו בעקבות השחרור של המאמר הזה וגם התנגדו למסיבת העיתונאים. הם התנגדו לפרסום בטרם יבוצעו בדיקות נוספות שתוודאנה שלא נכנסו טעויות סיסטמתיות (כלומר, טעויות שמקורן במערכת הניסוי) לניסוי. עתה נראה שאלה שדחקו שאכן היה צריך לנקוט במשנה זהירות וכן לבצע את הבדיקות הדרושות האלה, הם אלה שהטו את הכף; שהרי מחצית מהחברים בקבוצה מתנגדים להגשה לפרסום של המאמר, וסדרה חדשה של בדיקות אכן תבוצע בטרם המאמר יוגש לפרסום.

הניסוי החדש שיבוצע בשבוע הקרוב יהיה קשור בשינוי המערך הניסויי: קרן הניטרינים מ-CERN תשונה. CERN מייצרת את החלקיקים בסופר פרוטון סינכרוטרון SPS (השלב האחרון בייצור הפרוטונים האנרגטיים) תוך שליחת צרורות של פולסים של פרוטונים שפוגעים במטרת גרפיט, בעוד כל פולס אורך 10,500 ננו שניות. כך נוצרים מזונים לא יציבים שדועכים לניטרינים מיואנים. הפרוטונים נעים קרוב למהירות האור, אבל לא במהירות האור. אבל הניטרינים, שמסתם היא כה זעירה, אמורים לנוע במהירות שווה לזו של האור או מאוד קרובה לה.

להלן הסבר על יצירת קרן פרוטונים במאיץ ההדרונים הגדול ב-:CERN
החוקרים בהתחלה חישבו את התפלגות הפרוטונים עם הזמן (שיצרו את קרן הניטרינים). ואלה מתאימים לאינטראקציות של הניטרינים שנאספים בגלאי ה-OPERA. כל זאת במטרה לקבל את הזמן המשוער שבו נפלטו הניטרינים בטווח שבו הם נוצרו ב-SPS.

להלן הסבר מפורט:

המטרה היא למדוד את זמן המסע של הניטרינים מ-CERN ועד גרן ססו, כאשר מניחים שמהירות האור היא קבועה. זמן המסע כך נמדד על ידי זה שהחוקרים השוו בין שתי התפלגויות, התפלגות הפרוטונים עם הזמן – הפרוטונים שנוצרו ב-CERN, והתפלגות הניטרינים עם הזמן – הניטרינים שהתגלו בOPERA-. כאשר שתי ההתפלגויות בדיוק תואמות מתקבל זמן המסע. מה הבעיה עם מהלך זה?

נגיד שאנחנו מבצעים ניסוי אידיאלי ואנו לא נדרשים לחשב את התפלגות פולסי הפרוטונים הרבים בצד אחד ולהתאים אותה להתפלגות פולסי הניטרינים בצד השני. אלא במקום אנחנו מודדים כל פרוטון ופרוטון בצד אחד ומתאימים אותו לכל ניטרינו שמגלים בצד השני. או אז המהלך של החוקרים היה פועל במאה אחוז.

הבעיה מתחילה כאשר ה-SPS שולח פרוטונים בפולסים, 1020 פרוטונים בכל פולס, ואלה יוצרים המוני ניטרינים. הניטרינים שנוצרו דוהרים עלפני המרחק של ה-730 ק”מ לעבר מעבדת גרן ססו. אבל רק אחוז קטן מאוד מהניטרינים שנוצרו בצד של CERN חולף עלפני גלאי ה-OPERA ונאסף על ידו. מסתבר שרק בערך 16,000 ניטרינים עברו אינטראקציות ב-OPERA במשך שלושת השנים שבהם בוצע הניסוי. וזהו אחוז זעום ביותר מתוך הניטרינים שנוצרו בצד של .CERN עכשיו נחשב את התפלגות הפרוטונים עלפני הזמן בצד של CERN ונחשב את התפלגות הניטרינים עלפני הזמן שחלפו בגלאי OPERA בצד של גרן ססו.

המבקרים טענו שלא ניתן ממש לבצע קורלציה בין שתי ההתפלגויות, זו של הפרוטונים שיצרה CERN וזו של הניטרינים שהגיעו ל-OPERA. ב-CERN כל הפרוטונים כלולים במדידה. אולם, עד שהקרן הגיעה לגרן ססו היא כבר נחלשה וגלאי OPERA הוא באינטראקציה רק עם חלק מהניטרינים בקרן. ולכן קורלציה בין הזמן שבו נוצרו הניטרינים לבין הזמן שבו הם הגיעו למעשה ל-OPERA יכולה לעוות את ההתאמה בין שתי ההתפלגויות ולהכניס אי ודאות בחישוב המהירות של הניטרינים.

בחזרה על הניסוי, CERN החליטה לפצל את הפולסים של הפרוטונים כך שכל פולס יתחלק לפולסים באורך של 1 עד 2 ננו שניות. בין כל פולס כזה יהיה מרווח של 500 ננו שניות. השינוי פירושו שניתן יהיה לחבר כל אירוע ניטרינו שנרשם בגלאי OPERA לפולס פרוטון מסוים. זה יאפשר מדידה מאוד מדויקת של זמן המסע של הניטרינים, הזמן שלוקח לניטרינים לנוע בין שתי המעבדות, CERN וגרן ססו. עדיין המבקרים לא מרוצים וחושדים שמדידה זו עשויה לא להיות אמינה…
מקורות מציעים לקבוצה לבצע את המדידות על פני עשה ימים בלבד, כנראה החל משבוע הבא, ובזמן זה היא עשויה ליירט בערך 12 ניטרינים ב-OPERA. יתכן שעל ידי זה הקבוצה תייצר מספיק נתונים או להפריך או לאמת את החלק הארי שעומד מאחורי התוצאה שלהם.

בינתיים מבוצעות מספר בדיקות בעקבות כמה מאמרים שזרמו לסרבר arXiv על ידי פיסיקאים אחרים כתגובה לניסוי המדובר הראשון. חלקם העלו הצעות בנוגע להשלכות התיאורטיות שנובעות מניטרינים שנעים במהירויות על אוריות וחלקם טענו שהתוצאה חייבת להיות שגויה מסיבה כלשהי. כזכור, מאמר מדובר אחד היה של אנדרו כהן ושלדון גלשו מאוניברסיטת בוסטון. צוות גלאי ICARUS ניסה לבדוק את תוצאת OPERA על בסיס המאמר של כהן וגלשו לאור הנתונים שנאספו בגלאי ICARUS מאז 2010. גלאי ICARUS אינו מודד ישירות את מהירות הניטרינים, אלא במקום את האנרגיה הספקטראלית של קרן הניטרינים שנעה מ-CERN לגרן ססו. צוות ICARUS מצא שאמנם האפקט שכהן וגלשו תארו – והם ציפו שבניסוי ה-OPERA יגלו אותו במידה שהניטרינים נעים במהירות על אורית – אינו מתרחש בקרן הניטרינים של CERN ל-OPERA .OPERA לא ראתה את האפקט הזה והטענה של כהן וגלשו הייתה שהניטרינים לכן לא נעים במהירות על אורית. צוות ICARUS הסבירו: לא קיים כזה אפקט ולכן OPERA לא צפתה בו.

ניסוי ה-ICARUS:

לידיעה בנושא בנייצ’ר