颠覆物理界的数据

本文转自:北京邮电大学出版
理性的科学家怎样面对一个不可思议的结果?
安东尼奥·埃雷迪塔托坚持我们的采访要通过Skype进行 , 并且双方都开启摄像头 。对面的他人到中年 , 头发斑白 , 浓眉大眼 , 下巴轮廓分明 。他轻松地微笑着 , 炯炯有神的目光像聚光灯一样吸引着你的注意 。他说话带着意大利口音 , 在每个词后都带有额外的元音 。
在他接受采访之前 , 我们交谈了15分钟 。他告诉我 , 他无意接受采访人员采访 , 因为采访人员可能将他的话变成耸人听闻、言不由衷的故事 。他之所以同意与我进行Skype聊天 , 是因为我不是采访人员 , 而是一位物理学家和作家 , 并且在粒子物理实验的战壕里度过了13年 。他不能容忍一个跟科学无关的争论行为 。
颠覆物理界的数据
文章图片

文章图片

埃雷迪塔托是由160位来自13个国家的物理学家组成的“奥普拉”计划团队的前负责人 , 这个项目的目标是研究中微子物理 。它于2000年成立 , 2008年至2012年由埃雷迪塔托负责 。2011年晚冬 , 不可思议的事情发生了 。“观测数据的人打电话给我 , ”埃雷迪塔托说 , “说他看到一些奇怪的事情 。他看到的证据显示 , 中微子穿过726.4千米的地壳 , 从瑞士到意大利只用了60.7纳秒!这比光穿过地球外壳更快——这应该是不可能的 。”
消息传开 , 实验室外的人们说这是违反相对论的 , 其结果会动摇物理学基础 。
爱因斯坦的狭义相对论认为 , 没有巨大的物体可以比光在真空中的速度更快 , 这也是我们理解宇宙的一个基石 。如果“奥普拉”的测量是正确的 , 将标志着第一次违反该理论:这是在我们理解宇宙的核心上投下的一枚原子弹 。
我问埃雷迪塔托 , 他是否认为这一定是个错误 。“我认为这么说是不公平的 , ”他说 , “应该说我们的分析有偏差 。所以 , 当看到这个迹象时 , 第一反应应该是 , 好吧 , 让我们找出为什么会这样 。”
沃尔夫冈·泡利在1930年假设了中微子的存在 , 用以解决一个简单的问题 。当原子核发生β衰变时 , 除了电子之外 , 还有一种静止质量为零、电中性、与光子不同的新粒子被放射出去 , 带走了一部分能量 , 因此出现了能量亏损 。1931年 , 泡利在美国物理学会召开的一场讨论会中提出 , 这种粒子不是原来就存在于原子核中 , 而是衰变产生的 。泡利预言的这个窃走能量的“小偷”就是中微子 。这种粒子与物质的相互作用极弱 , 以致仪器很难探测得到 。因此 , 近30年后 , 才由弗雷德里克·莱因斯和柯万·克莱德发现了它存在的实物证据 。
如今 , 中微子是粒子物理学标准模型的一个组成部分 。中微子有三类 , 电子中微子、μ中微子和τ中微子 。中微子可以从一种形式转变到另一种形式 。例如 , 一个电子中微子振荡为μ中微子 , μ中微子可以翻转成一个τ中微子 。“中微子振荡是超越标准物理模型的第一个迹象 , ”埃雷迪塔托笑着告诉我 , “这就是我喜欢中微子的原因 。”
在“奥普拉”实验中 , 假设中微子振荡的证据是充足的 , 但所有这一切都来自一个“消失的”实验 , 包括电子、μ中微子的证据消失 。“存在的”实验是必要的 , 而且是“奥普拉”的目标 。位于日内瓦的欧洲核子研究所的科学家向454千米外意大利格兰萨索地下实验室的探测器发射了一束中微子 。如果探测器发现了τ中微子 , 中微子就会发生振荡 。他们以CNGS(CERN Neutrinos to Gran Sasso)作为中微子源 , 主要目标是经由τ子作为中介 , 探测μ中微子到τ中微子的转变速度 。这在计划中并没有提到 , 但在2011年2月 , “奥普拉”把大部分的精力集中在这里 。