# שתי מעבדות מאיצים ביפן ובארה"ב מתכננות לחזור על ניסוי הניטרינו המהיר מהאור

> ישנן תוכניות במעבדת המאיץ הלאומית של פרמי "פרמילאב" בבטביה, אילינוי, לירות קרן של ניטרינים לגלאי במרחק של 735 קילומטרים במכרה סאודן במינסוטה. החוקרים מקווים לדווח על תוצאותיהם תוך ששה חודשים לאור תוצאות הניסוי ב-CERN שהראה לכאורה שניטריני המיואונים מסוגלים לנוע מהר יותר מהאור, קבוצות בשני מאיצי חלקיקים בארה"ב וביפן מתכננות לחזור על הניסויים שבוצעו במאיץ החלקיקים אופרה במעבדה הלאומית גראן ססו שבאיטליה. ישנן תוכניות במעבדת המאיץ הלאומית של פרמי "פרמילאב"…

- Canonical: https://www.hayadan.org.il/two-labs-want-to-recreate-neutrino-experiment-0910114
- Author: דר. גלי ויינשטיין
- Published: 2011-10-09T00:28:23+02:00
- Modified: 2011-10-09T21:55:09+02:00
- Sections: פיזיקה קוונטית
- Topics: ניוטרינו, ניוטרינו טאו, ניוטרינו מיו, פרמילאב

## Article

ישנן תוכניות במעבדת המאיץ הלאומית של פרמי "פרמילאב" בבטביה, אילינוי, לירות קרן של ניטרינים לגלאי במרחק של 735 קילומטרים במכרה סאודן במינסוטה. החוקרים מקווים לדווח על תוצאותיהם תוך ששה חודשים לאור תוצאות הניסוי ב-CERN שהראה לכאורה [שניטריני המיואונים מסוגלים לנוע מהר יותר מהאור](https://www.hayadan.org.il/neutrino-pass-spead-of-light-2309114/), קבוצות בשני מאיצי חלקיקים בארה"ב וביפן מתכננות לחזור על הניסויים שבוצעו במאיץ החלקיקים אופרה במעבדה הלאומית גראן ססו שבאיטליה. ישנן תוכניות במעבדת המאיץ הלאומית של פרמי "פרמילאב" בבטביה, אילינוי, לירות קרן של ניטרינים לגלאי במרחק של 735 קילומטרים במכרה סאודן במינסוטה. החוקרים מקווים לדווח על תוצאותיהם תוך ששה חודשים. ואילו [ביפן קבוצה של חוקרים שעובדת על פרויקט שנקרא T2K](http://www.kek.jp/intra-e/press/2011/J-PARC_T2Kneutrino.html#Term1) מתכננת גם כן לירות ניטרינים מקומפלקס מחקר מאיץ הפרוטונים בטקאי למרחק של 295 קילומטרים לעבר גלאי הסופר-קאמיוקנדה במכרה קמיוקה. בינתיים פיסיקאי [מהמכון לשאלות יסוד](http://fqxi.org/members) FQXi בשם סטפון אלכסנדר (שעובד עם אבי אשטקר המפורסם) ניסה את כוחו להסביר את ניסוי הניטרינו ופרסם את ה[הסבר החלקי שלו בבלוג של המכון](http://fqxi.org/grants/large/awardees/view/__details/2008/alexander). הצצה לפיסיקת הבלתי אפשרי בעזרת כמה עקרונות אלמנטאריים: מכניקת הקוונטים, כבידה קוונטית והרבה רצון טוב... [להלן התיאוריה של אלכסנדר בתרגום חופשי מהבלוג של המכון לשאלות יסוד.](http://fqxi.org/community/forum/topic/989) בעוד שמדידות שבוצעו לאחרונה בנוגע להתפשטות על אורית של ניטרינו מיואניים מניסוי האופרה זקוקות לאימות על ידי חזרה בלתי תלויה של הניסוי, זה עדיין מרתק לדמיין האם זה בכלל אפשרי לבשל מודל צעצוע שיסביר את אפקט התנועה במהירות על אורית. אם אכן ניטרינים מיואוניים יכולים לנוע מהר יותר מהאור, אנו קודם לכן נזדקק להסביר מדוע וכיצד ניטרינים יכולים "לנוע מחוץ לקונוס האור" מבלי להפר את העקרונות הקדושים שמיושמים עבור כל שאר החלקיקים שנהנים מסיבתיות. במלים אחרות, אם לניטרינים מוענקת איזו שהיא תכונת על, מדוע שדות כיול חסרי מסה כמו פוטונים או פרמיונים אחרים כמו אלקטרונים וקוורקים לא נחנו בכוחות על אוריים כאלה? בנוסף, מכיוון שניטרינים הם בני דודים של לפטונים טעונים באמצעות האינטראקציות החלשות, האם איננו צריכים לצפות לאפקטים מוזרים במעברים מאולצים? היו כאלה שהעלו את האפשרות שאין זה סביר שניטרינים יכולים להתפשט מהר יותר מהאור בגלל שזה יעמוד בסתירה לזמן הגעת האור מסופרנובה 1987. אם נניח שהניטרינים היו נעים פי אחד חלקי מיליון מהר יותר מהאור, הם היו מגיעים חודשים לפני האור שנפלט מהסופרנובה. אולם הניטרינים מהסופרנובה היו בעלי אנרגיה הרבה יותר נמוכה מאלה הארציים שנצפו על ידי אופרה. כמוכן, סקאלות המרחק מהסופרנובה היו בסדרי גודל שונים. לבסוף, אולי הניטרינים המיואונים הם בכלל שונים מקרוביהם האלקטרונים? נניח שזה ככה ונתקדם למודל ולתיאוריה החדשה... וכאן אלכסנדר פסל את השוויון בין ניטריני הסופרנובה לעמיתיהם באופרה רק כדי להציע מודל שמבוסס את אפקט אופרה על בסיס הרכיבים הבאים: - ניטריני אופרה באנרגיות גבוהות עוברים את מהירות האור אך ורק בסקאלות מרחק קצרות (אלכסנדר נמנע מלבחור למעשה את סקאלת המרחק הזו). ניטרינים המתפשטים באנרגיות נמוכות, כמו אלה מסופרנובה 1987, לכן לא סובלים מאפקט על אורי זה. - הניטרינים המיואניים "מצומדים" למרחב-זמן בדרך כזו שהם מסוגלים לנוע מהר יותר מהאור. - העל אוריות של הניטרינים קשורה לעובדה שהניטרינים יכולים לעבור תנודות ב"טעם" (בסוג). ולכן, לכל הצורות האחרות של חומר שלא יכולות לעבור שינויים בטעם (שזה למעשה בעיקר כל דבר אחר) לא יהיו יכולות על אוריות. באופן אידיאלי, אנחנו נחפש אחרי מכניזם שיקשור בין שלושת הרכיבים האלה; משהו שאלכסנדר לא מגדירו כרגע. ולמעשה הוא לא יודע מהו המכניזם ואולי אתם יודעים מהו? אילו הוא היה יודע מהו המכניזם הוא לא היה כותב את הפוסט בבלוג של המכון, אלא הוא היה רץ לספר לחבר'ה, כלומר הוא היה כותב מהר מאמר בנושא... בהינתן המשאלה הזו... הוא בוחן עד כמה רחוק הוא יכול להגיע עם המודל שלו. הוא פועל בהתאם לעקרון הפשטות הידוע והוא לכן נשאר בארבע-ממדים. הוא מנסה לשלב את הרכיב הראשון של העל אוריות יחד עם רעיון קוסמולוגי שהוא הציע עם חברים [ראו המאמר הבא](http://arxiv.org/abs/1109.4897): הרעיון המרכזי הוא שבאופן כללי המרחב-זמן הוא בעצם לא משהו רציף, מן מרחב-זמן קוונטי שנכניס בו אי-ודאות בכיווני המרחב והזמן. והיקום הזה מלא בקרינה, שבאנרגיות נמוכות היא מתפשטת במהירות האור ואילו באנרגיה גבוהה (בזמן הקוסמי הקדום), קרינה זו התחילה לחוש במרחב הזמן הגרנולרי (במבנה דמוי קצף בסקאלות קוונטיות). ואז מהירות החבורה של הפוטונים סטתה ממהירות האור. אפקט זה הוא לא שונה ממה שצופים בפיסיקת המצב המוצק בויברציות סריג – שהייצוג החלקיקי הקוונטי שלה מכונה פונון. בסקאלות של מרחקים שהם גדולים יותר ממרווחי הסריג, התדירות הזוויתית של ויברצית הפונון היא פרופורציונאלית לוקטור הגל. מהירות ההתפשטות של הפונון תגדל בסקאלות שהן פרופורציוניות למרווחי הסריג.   והנה גישות רבות לכבידה קוואנטית – כמו כבידה קוונטית לולאתית, טריאנגולציה דינמית סיבתית ותורת המיתרים – מצביעות על מרחב-זמן גרנולרי. אולם, מצפים שהסריגות הזו של המרחב-זמן היא בסדר גודל של אורך פלאנק או אולי בסקאלות המילימטר.אבל נגיד שבאותו האופן בדיוק כמו אפקט התנועה במהירות העל אורית, הניטרינים מאיצים בגלל שהם חשים את מרחב-הזמן הבדיד, ובעוד הם מתפשטים, יחסי הנפיצה שלהם משתנים בצורה קוהרנטית על ידי אפקט סריג שמתפתח. נתקדם הלאה. אלכסנדר מציע: אולי אפשר לראות גם ניטרינים כאלה שמאיצים בסקאלות קוסמולוגיות? מה דעתכם? במודל שלו נצטרך להעלות אפקט מדכא כלשהו שיבטל את האפקט כאשר הסריג נראה חלק ורציף – ואז נקבל חזרה מרחב-זמן קלאסי. הוא לא יודע כיצד לעשות זאת וגם אנחנו כמובן לא יודעים...   ודרך אגב, השאלה הגדולה היא בכלל האם ישנה טעות בלתי מוגדרת בניסוי הניטרינים, כך שזמן המסע שלהם נראה בעצם קצר בצורה מלאכותית. צ'אנג קי יאנג מאוניברסיטת סטוני ברוק בניו יורק, שעובד על הניסוי היפני אומר שהוא מתערב שהתוצאה של ניסוי הניטרינו המיואני היא תוצאה של טעות סיסטמתית בתזמון המורכב, שקשור במערכת המיקום הגלובאלית, הגי פי אס, השעונים האטומיים ובמסות של האלקטרוניקה. "לא הייתי רוצה להתערב על אשתי והילדים כי הם היו משתגעים", אומר יאנג, "אבל אני מתערב על ביתי". אלכסנדר בכל זאת מציע לקורא להישאר עמו לרגע רק ליתר ביטחון (אולי הניסויים היפני והאמריקאי במקרה יראו שהניטרינו ינוע מעט מהר יותר ממהירות האור, ואז יש לנו תיאוריה חצי-אפויה ביד...).   עכשיו מגיע החלק הקשה במודל של אלכסנדר: למה רק הניטרינים רואים את סריג המרחב-זמן? למה רק הם... במקרה זה, מכיוון שהניטרינים הם עצמים קוונטיים מכניים, אין לנו ברירה אלא לפנות למכניקת הקוונטים שתצילנו מכל רעה.   מה מיוחד בניטרינים? אתם יודעים שלניטרינים יש מסות כה זעירות; הן כה זעירות ביחס לפרמיונים האחרים בטבע. האם הכיראליות שלהם היא בעקרון הפוכה? [אולי הניטרינים הם האנטי חלקיקים של עצמם](http://physicstoday.org/resource/1/phtoad/v64/i5/p40_s1?isAuthorized=no)? אלכסנדר מעלה השערה שאולי רק הניטרינים מצויים במן אינטראקציות כיראליות עם הכבידה (בצורת סריג/דיסקרטי) והם מסוגלים להתנודד בצורה על אורית זה לתוך זה, וזה יכול לעשות את העבודה. אולי הסבר כזה או אולי משהו אחר... ואם לכם יש תיאוריה אחרת זה הזמן להציעה בטרם נגלה (או לא נגלה) שהייתה טעות בניסוי הניטרינים המיואניים... בעקבות התגובות הראשוניות, פרמילאב הודיעה שהיא תבחן ותבדוק את התוצאות של סרן. עבור פרמילאב, זהו מצב מעניין מכיוון שחוקרים בארה"ב לראשונה דיווחו על ניטרינים על אוריים ב-2007. אבל הם גם גילו שהתוצאות האלה היו טעות במדידת המהירות המעשית של הנירטינים. פיסיקאים בפרמילאב ובסרן מצויים בשיתוף פעולה הדוק בניסויי חלקיקים רבים, אבל יחד עם זאת בתחרות מדעית רצופה. פרמילאב הודיעה שהיא תעדכן את ניסוי ה-MINOS שלה מ-2007 כדי לבדוק את התוצאות של CERN תוך ארבעה עד ששה חודשים. ה-MINOS משתמש בשני גלאים - האחד ממוקם בפרמילאב בבטביה והשני, המרוחק במכרה הסאודן במינסוטה, שהוא כ-735 קילומטרים מפרמילאב. הגלאי המרוחק מורכב מפלדה במשקל של 6000 טון וחולפים דרכו יותר מטריליון ניטרינים כל שנה. אבל רק בערך 1500 מהם מתנגשים עם אטומים בתוך הגלאי. ב-MINOS כרגע עובדים כ-200 מדענים מ-32 מכונים בשש מדינות. בכדי לבדוק מחדש את התוצאות של ניסוי אופרה, פרמילאב תזדקק לארבעה עד חמישה אנשים ומערכת GPS משוכללת יותר. כמוכן זקוקים לשעונים אטומיים מדויקים יותר ולאורות LED טובים יותר כדי לגלות את זרם הניטרינים בעודם נורים דרך ה-MINOS מנקודת המוצא. [לידיעה בנושא בפופיולר סיינס](http://www.popsci.com/technology/article/2011-09/fermilab-physicists-will-help-check-revolutionary-faster-light-claim)