Przekroczono prędkość światła

Włoscy naukowcy przekazali elektryzującą wiadomość twierdzą, że odkryli cząstki, które poruszają się szybciej niż światło. Oznacza to, że cała nasza dotychczasowa wiedza na temat podstaw fizyki jest błędna!
Naukowcy zaangażowani w projekt OPERA, którego sercem jest instytut CERN, emitowali wiązki neutrin, które przemierzały odległość 730 kilometrów. We włoskim laboratorium INFN Gran Sasso były one przechwytywane, a ich podróż analizowana przez naukowców. Ku zdziwieniu badaczy, okazało się, że cząstki przemieszczały się kilka tysięcznych sekundy szybciej niż powinny. Tym samym, pokonały prędkość światła!

Te wyniki były dla nas całkowitym zaskoczeniem napisał Antonio Ereditato z University of Bern w przesłanym do nas komunikacie.
Badania powtarzano wielokrotnie, by wyeliminować możliwość błędu pomiarowego. Wyniki były tak niewiarygodne, że przeanalizowano w sumie lot 15000 neutrin. Wyniki wciąż były takie same cząstki poruszały się szybciej niż światło. Dla pewności prowadzono pomiary z zastosowaniem zegara atomowego, który odmierza czas z dokładnością 0,1 nanosekundy na dobę (oznacza to, że spóźni się o jedną sekundę za 138 milionów lat.
Po wielu miesiącach badań i ponownego sprawdzania wyników nie zdołaliśmy znaleźć czynnika, który wyjaśniłby rezultat naszych pomiarów. Jeśli nasze wyniki zostaną potwierdzone przez niezależne zespoły naukowców, może to całkowicie zmienić naszą wizję fizyki dodaje naukowiec. Władze CERNu postanowiły podać tę informację do publicznej wiadomości i udostępnić pełen zestaw wyników dla innych instytutów badawczych, by ostatecznie potwierdzić, że rzeczywiście obalono podstawowe prawo fizyki.
Sama wiadomość o tym wydarzeniu rozpaliła umysły na całym świecie.
Jeśli to prawda, wszystko stanie teraz na głowie powiedziała profesor Jenny Thomas z University College London w wywiadzie dla Telegraph. Nieprzekraczalna granica prędkości światła jest podstawowym budulcem całej teorii fizyki szczególnej teorii względności Einsteina. Na bazie tej niepodważalnej zasady zbudowaliśmy model całego wszechświata. Bardzo trudno przewidzieć jakie będą skutki jej obalenia dodała.
W obliczu odkrycia włoskich naukowców, najsłynniejsze równanie Einsteina E= mc² okazałoby się błędne! Szczególna teoria względności, przedstawiona przez genialnego fizyka w 1905 roku, zakłada, że w całym wszechświecie nie ma niczego, co poruszałoby się z prędkością większa od prędkości światła w próżni, czyli c = 299 792 458 metrów na sekundę.

Może wydawać się, że to odkrycie obala wszelkie znane nam prawa fizyki rządzące wszechświatem. W szkołach uczą nas, że prędkość światła jest nieprzekraczalną granicą prędkości, jednak nic bardziej mylnego. Albert Einstein już ponad 100 lat temu złożył w swojej teorii względności, że mogą istnieć cząstki poruszające się z prędkością większą niż prędkość światła.
Podzielił on wszystkie istniejące na trzy grupy. Pierwszą grupę tworzą luksony, czyli cząstki, które nie maja masy. Takimi bezmasowymi cząstkami są na przykład fotony, gluony cząstki sklejające kwarki i grawitony, które są cząstkami przenoszącymi oddziaływania grawitacyjne. Luksony charakteryzują się tym, że poruszają się cały czas ze stałą prędkością, a dokładniej rzecz biorąc poruszają się właśnie z prędkością światła.

Kolejną grupę tworzą bradiony, czyli cząstki obdarzone masą. Mogą się one poruszać z prędkościami mniejszymi od prędkości światła i są to dobrze znane od lat cząstki, takie jak neutrony, elektrony, czy protony.
Einstein jednak przewidział, że może istnieć trzecia grupa cząstek, które mogłyby poruszać się z prędkościami większymi od prędkości światła. Nazwał je tachionami. W teorii względności zostały one tylko wspomniane, a wszelkie prawa dalej opisywane przez Einsteina dotyczyły praw rządzących cząstkami należącymi do dwóch pierwszych grup.
Tachiony nawet dzisiejszym naukowcom sprawiały wiele trudności. Pomimo stawiania wielu hipotez na temat ich istnienia, nie udało się stworzyć teorii zakładającej ich istnienie i nienaruszającej porządku przyczynowego, który stanowi punkt wyjścia znanych nam praw fizyki. Tachiony jako cząstki poruszające się z prędkością większą niż prędkość światła, odczuwałyby czas odwrotnie niż bradiony. Oznacza to, że z punktu widzenia tachionu przyczyna zamienia się kolejnością ze skutkiem. Na przykład, gdy widzimy zdarzenie polegające na zatrzymaniu samochodu przez policję po tym jak kierowca przejechał na czerwonym świetle, to z punktu widzenia tachionu samochód najpierw zatrzymałaby policja, a dopiero potem przejechałby on na czerwonym świetle.
Ciągle opracowywane są teorie pozwalające wyjaśnić jednoczesne istnienie cząstek odczuwających czas w przeciwny sposób, jednak większość naukowców odrzucała hipotezę istnienia tachionów, dlatego też w szkole nawet o nich nie wspominano. Dzisiaj jednak po odkryciu, że istnieją cząstki poruszające się z prędkością większą od prędkości światła, możliwe, że teoria o istnieniu tachionów powróci do łask naukowców.
Cząstkami, które poruszają się szybciej niż światło, okazały się być neutrina. Są to cząstki ciągle bardzo tajemnicze, cały czas naukowcy badają ich właściwości. Neutrina są cząstkami elementarnymi, podobnie jak protony, neutrony i elektrony, ale mają prawie zerową masę oraz zerowy ładunek elektryczny. Powstają one podczas rozpadów jądrowych typu beta minus. Takie reakcje rozpadu zachodzą nieustannie w jądrach gwiazd. Naukowcy od lat borykają się z problemem niedoboru produkowanych w Słońcu neutrin. Słońce cały czas wysyła w przestrzeń kosmiczną neutrina powstałe w reakcjach rozpadu zachodzących w jego jądrze. Naukowcy na Ziemi badają za pomocą specjalnych detektorów promieniowania kosmicznego ile neutrin ze Słońca dociera do powierzchni Ziemi. Co ciekawe, wyniki pomiarów nie zgadzają się z wyliczeniami teoretycznymi. Różnica jest dość spora, ponieważ według pomiarów do Ziemi dociera jedynie jedna trzecia przewidywanych neutrin słonecznych. W celu wyjaśnienia tego ubytku docierających do Ziemi neutrin powstało wiele hipotez. Najpopularniejszą była hipoteza zakładająca powstawanie w reakcjach jądrowych różnych rodzajów neutrin. Nasze detektory mogą jedynie wykrywać jeden rodzaj neutrin, zwany neutrinami elektronowymi. Neutrina w czasie podróży ze Słońca na Ziemię mogły się zmieniać z jednego rodzaju neutrina w drugi i w ten sposób do detektorów docierała inna liczba neutrin elektronowych niż teoretycznie wyliczono.
Ponad 10 lat temu polska grupa naukowców postanowiła pójść o krok dalej i założyła, że nie możemy wykryć wszystkich neutrin, ponieważ mogą one poruszać się z prędkością większą niż prędkość światła. Panowie Kordian Smoliński, Paweł Caban i Jacek Rembliński stworzyli teorię neutrin-tachionów, które mogły się rozpaść na neutrina-tachiony o energii zbyt małej, aby były rejestrowane przez detektory oraz na pary neutrino-antyneutrino, które byłyby wykrywalne dla ziemskich detektorów.

W celu sprawdzenia swojej teorii podjęli współpracę z ośrodkami badawczymi w Niemczech i Rosji. Parę lat temu jedynym dokładnym pomiarem neutrin było badanie rozpadu trytu. Polscy naukowcy zbadali widmo energii powstałych w wyniku rozpadu neutrin i okazało się, że jest ono niezgodne z wyliczeniami teoretycznymi. Przeprowadzili dokładną analizę wyników i stworzyli teoretyczny model widma tachionu i okazało się, że teoretyczne widmo energii tachionu pokrywa się z kształtem krzywej otrzymanej doświadczalnie dla neutrina. Jednak wyniki te nie były jednoznacznym potwierdzeniem, że neutrina mogą być tachioanami.
Doświadczenie przeprowadzone w ostatnich dniach daje dodatkowe przesłanki świadczące o tachionowej naturze neutrina. Odkrycie cząstek poruszających się szybciej niż światło może stanowić rozwiązanie wielu zagadek wszechświata.
Możliwe, że udałoby się wyjaśnić izotropową budowę wszechświata. Izotropowość wszechświata oznacza, że wszystkie obszary wszechświata są do siebie podobne, nawet jeśli od momentu powstania bardzo się od siebie oddaliły i nie miały ze sobą kontaktu. Neutrina są cząstkami przenikającymi przez każdą materię bez napotkania praktycznie żadnego oporu. Wyliczono, że aby zatrzymać neutrino, należałoby zbudować ścianę z ołowiu o grubości około 10 bilionów kilometrów! Jeżeli dodatkowo cząstki te poruszałyby się z prędkością większą niż prędkość światła, oznaczałoby to, że mogłyby momentalnie podróżować pomiędzy najdalszymi zakątkami wszechświata i tym sposobem rzeczywiście teza o jednorodności i izotropowości wszechświata byłaby słuszna.
Dodatkowo, gdyby neutrina mogły się poruszać bezproblemowo po całym wszechświecie i jednocześnie byłyby dla naszych detektorów ciągle niewykrywalne, wyjaśniłaby się zagadka ubytku masy we wszechświecie. Od lat naukowcy próbują obliczyć jaka jest masa na przykład jakiejś gromady galaktyk. Okazuje się, że w zależności od metody obliczeń zawsze otrzymują różne wyniki. Bazując w swoich obliczeniach na jasności galaktyk, otrzymujemy wynik dużo mniejszy niż w przypadku, gdy obliczenia opieramy na znajomości prędkości ruchu poszczególnych galaktyk. Oznacza to, że istnieje jakaś materia, której nie widzimy, a która oddziałuje jakoś z tą materią, którą widzimy i wpływa na jej prędkość. Jest wiele teorii wyjaśniających to zjawisko, jednak wszystkie są czysto hipotetyczne. Odkrycie cząstek poruszających się z szybciej niż światło mogłoby wyjaśnić problem niewidzialnej masy we wszechświecie. Gdyby udało się zbudować teleskop tachionowy, moglibyśmy oglądać wszechświat takim, jakim jest teraz, ponieważ tachiony są cząstkami, które nie potrzebują miliona lat, aby przedostać się z jednego końca wszechświata na drugi.
Dzięki odkryciu tachionów nauka mogłaby bardzo się rozwinąć. Od zbudowania nowych teleskopów do, kto wie, może nawet podróży w czasie. Na razie jednak zrobiliśmy jedynie mały krok do poznania natury neutrin, ale być może jest to krok przełomowy dla całej nauki.

Profesor Thomas w wywiadzie dla Telegraph przyznała, że środowisko naukowe patrzy na tę rewelację bardzo sceptycznie. Jedyne logiczne wytłumaczenie jest takie, że naukowcy musieli popełnić błąd. Teorię względności Einsteina podważano już wielokrotnie i za każdym razem wynik badań jeszcze bardziej ją potwierdzał.
Historia nauki zna wiele przypadków takich epokowych odkryć, które po niedługim czasie okazały się błędne. Zawodziła aparatura, czynnik ludzki, a niekiedy te rewelacje były zupełnie wyssane z palca. Mimo iż włoscy naukowcy powtarzali swoje obliczenia wielokrotnie, i w tym przypadku możemy mieć do czynienia z przedwczesną radością. Dopiero wyniki naukowego śledztwa, próby powtórzenia ich doświadczenia i prześledzenie metodologii badań w innych placówkach, będą mogły potwierdzić lub odrzucić ich odkrycie. Poznamy je najwcześniej za około sześć miesięcy.
Świadomość, że prędkość światła mogłaby być przekroczona, wielu naukowców przeraża, jednocześnie jednak daje im możliwość eksploracji pola, które dotychczas było dla nich niedostępne. Otworzyłyby się przed nimi drzwi do podróży w czasie.

---