轉(zhuǎn)科學(xué)網(wǎng)曹俊博客：

　  http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=296183&do=blog&quickforward=1&id=489731

　　幾天前，一則小道消息開始傳播，說意大利的中微子實(shí)驗(yàn)OPERA發(fā)現(xiàn)了超光速的中微子。昨天Nature、Science等重要的科學(xué)新聞網(wǎng)站[1,2,3]報(bào)道了這一新聞。今天OPERA實(shí)驗(yàn)將正式的論文掛到了arXiv.org的預(yù)印本庫[4]。在中微子飛行730公里后，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)它所用的時(shí)間比光速還快了60納秒（10^^-9秒），實(shí)驗(yàn)的誤差約為10納秒。一般來說，粒子物理中的新現(xiàn)象達(dá)到4倍標(biāo)準(zhǔn)偏差即可確認(rèn)，而這個(gè)結(jié)果達(dá)到了6倍，即可能性為99.9999998%。測(cè)量結(jié)果表明，OPERA觀測(cè)到的中微子，其飛行速度比光速快10萬分之2.48。

　　發(fā)表這一“戲劇”性結(jié)果的OPERA實(shí)驗(yàn)，全稱是Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus（采用乳膠徑跡裝置的（中微子）振蕩項(xiàng)目），位于意大利Gran Sasso國家實(shí)驗(yàn)室。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室位于地下1400米，以多個(gè)深地實(shí)驗(yàn)聞名于世。OPERA實(shí)驗(yàn)探測(cè)來自歐洲核子研究中心CERN的中微子，其物理目標(biāo)是直接尋找從繆中微子到陶中微子的振蕩。位于瑞士與法國邊境的CERN通過高能質(zhì)子打靶產(chǎn)生繆中微子束流，對(duì)準(zhǔn)730公里外的Gran Sasso。為了留下陶中微子出現(xiàn)的確鑿無疑的證據(jù)，實(shí)驗(yàn)采用了復(fù)古的核探測(cè)技術(shù)：乳膠照相。

　　不過“超光速”這個(gè)副產(chǎn)品的測(cè)量原理非常簡(jiǎn)單：測(cè)量距離，測(cè)量時(shí)間，算出速度！實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)在于精確地測(cè)準(zhǔn)距離和時(shí)間。距離是通過GPS測(cè)量的，誤差是20厘米。這20厘米的誤差還不是來自從瑞士到意大利的730公里，而是主要來自從進(jìn)入地下實(shí)驗(yàn)室的高速公路隧道門口的GPS基準(zhǔn)到探測(cè)器的10公里。時(shí)間也是通過GPS和銫原子鐘測(cè)量，精度是2.3納秒。

　　略微懂點(diǎn)物理學(xué)的都知道，如果這個(gè)結(jié)果是對(duì)的，科學(xué)將面臨怎樣翻天覆地的變化。自從愛因斯坦1905年建立相對(duì)論起，一百多年來沒有人撼動(dòng)過光速不變?cè)?。科幻小說里的超光速旅行、時(shí)間機(jī)器回到過去，難道都要實(shí)現(xiàn)了嗎？

　　實(shí)際上，2007年，美國的MINOS實(shí)驗(yàn)也發(fā)表了一個(gè)“中微子超光速”的結(jié)果[5]，大小與OPERA還算吻合，但只有1.7倍標(biāo)準(zhǔn)偏差。但是也有否定的證據(jù)。日本T2K實(shí)驗(yàn)的人就不相信這個(gè)結(jié)果。我們觀測(cè)到的1987a超新星中微子，如果超光速的話，就不會(huì)只比光早到半小時(shí)，而會(huì)早到數(shù)年。不過它們的中微子能量很不一樣。

　　OPERA分開測(cè)量了兩種能量的中微子：

　　13.9 GeV: (v-c)/c = (2.16 ± 0.76 ± 0.30) x 10^^-5

　　42.9 GeV: (v-c)/c = (2.74 ± 0.74 ± 0.30) x 10^^-5

　　MINOS實(shí)驗(yàn)的中微子是3 GeV：

　　3 GeV: (v-c)/c = (5.1 ± 2.9) x 10^^-5

　　超新星中微子的能量要低1千倍，只有幾到幾十個(gè)MeV。根據(jù)SN1987A的測(cè)量結(jié)果，可以得到｜v-c｜/c < 2 x 10^-9_。

　　即使OPERA發(fā)表了6倍標(biāo)準(zhǔn)偏差的結(jié)果，相信粒子能夠超光速的人仍然極少。OPERA實(shí)驗(yàn)的發(fā)言人自己說：宣稱相對(duì)論錯(cuò)誤太早了。我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的結(jié)果，我們不能解釋它，因此必須公布，請(qǐng)同行來審議。我們必須得說點(diǎn)什么。我們不能把它掃到地毯下面，這才是不誠實(shí)的。

　　也許相對(duì)論沒有錯(cuò)，而是中微子具有什么魔幻性質(zhì)。當(dāng)然，也很有可能OPERA實(shí)驗(yàn)的誤差估計(jì)不對(duì)。畢竟精確估計(jì)中微子束團(tuán)產(chǎn)生和到達(dá)的時(shí)間、精確測(cè)量距離，達(dá)到這么高的精度，都是非常困難的。

　　現(xiàn)在，瑞士時(shí)間2011.09.23 16:00，歐洲核子研究中心正在直播關(guān)于OPERA新結(jié)果的報(bào)告視頻：

　　http://webcast.web.cern.ch/webcast/

　　[1]http://www.nature.com/news/2011/110922/full/news.2011.554.html

　　[2]http://news.sciencemag.org/sciencenow/2011/09/neutrinos-travel-faster-than-lig.html?ref=hp

　　[3]http://www.livescience.com/16183-faster-speed-light-physics-breakthrough.html

　　[4]http://static.arxiv.org/pdf/1109.4897.pdf

　　[5]http://arxiv.org/abs/0706.0437