Átléphető a fénysebesség?

A CERN és az olaszországi Gran Sasso Laboratórium 2006-ban kezdte meg az OPERA nevű közös kísérletet, amelynek fő célja egy ritka részecskeátalakulás – a müon-neutrínó oszcillációja tau-neutrínóvá – megfigyelése volt. A 200 fizikus közreműködésével zajló kísérletben a Genf mellett található CERN egyik létesítményéből lőttek neutrínónyalábot az onnan 730 kilométerre fekvő olasz laboratóriumba.

A részecskefizikusok több mint 16 ezer müon-neutrínót figyeltek meg, és a megfigyelések során meglepő felfedezésre jutottak: a részecskék a fénysebességnél, azaz 299 792 kilométer per másodpercnél gyorsabban mozogtak.

Hatvan nanoszekundummal korábban

A kísérlet kutatói ezt az eredményt hónapokig titokban tartották, amíg újabb megfigyeléseket végeztek, és a műszaki, illetve mérési hiba lehetőségét is kizárták. Csütörtök este végül bejelentették eredményeiket, azzal a nem titkolt szándékkal, hogy megerősítést vagy cáfolatot kapjanak más kutatóintézetektől. A kutatók péntek délután magyar idő szerint 16 órakor a CERN honlapján is követhető sajtótájékoztatót tartanak a felfedezésükről, publikációjukat pedig elérhetővé teszik a weben.

Az OPERA kísérlet igen pontos. A mérnökök és fizikusok a CERN és a Gran Sasso közti utat húsz centiméteres pontossággal mérték ki. A neutrínók száguldását fejlett műszerek, többek között a hétköznapinál jóval pontosabb gps és atomórák figyelik, ennek köszönhetően kevesebb mint tíz nanoszekundum mérési hibával tudják meghatározni, hogy a részecskék mennyi idő alatt tették meg a 730 kilométeres utat. A neutrínók hatvan nanoszekundummal korábban érkeztek meg, mint ahogy Einstein relativitáselméletéből következően – amelynek része, hogy a fénysebesség nem átléphető – kellett volna.

A felfedezők maguk is meghökkentek az eredményen, és egyelőre óvatosan nyilatkoznak. „Folytatni fogjuk a kutatásainkat, de nagyon várjuk a mieinktől független méréseket is” – fogalmazott Antonio Ereditato, az OPERA szóvivője. A CERN kutatási igazgatója, Sergio Bertolucci szerint ha a méréseket máshol is megerősítik, az felforgathatja a modern fizikát. „De előbb meg kell győződnünk arról, hogy nincs más, jóval hétköznapibb magyarázata a tapasztalatainknak” – tette hozzá.

Repülő szőnyeg vagy forradalmi felfedezés?

A meggyőző független mérésekre azonban sokat kell még várni. Egyelőre két olyan intézet van a Földön, ahol ellenőrizni lehetne a CERN méréseit, az egyik a Chicago melletti Fermilab, a másik egy japán laboratórium. Ez utóbbi a márciusi földrengés és cunami miatt nem üzemel, a Fermilab hasonló kísérlete, a MINOS pedig egyelőre nem olyan pontos, mint az OPERA. Ennek ellenére az amerikai intézetben elvégzik a kísérlet ellenőrzését.

„A MINOS kísérlet is észlelt korábban a fénysebességnél gyorsabb neutrínókat, ezt publikálták is, de a különbséget a nagyobb bizonytalanság miatt nem ítélték statisztikusan jelentősnek" – írta megkeresésünkre Horváth Dezső, a Debreceni Egyetem professzora, a KFKI RMKI főosztályvezetője, aki a CERN több kísérletében is részt vesz.

A világ fizikusai szkeptikusan vagy feltételes módban beszélve kommentálták a CERN bejelentését. A Fermilab egyik szóvivője, Jenny Thomas az AP-nek azt nyilatkozta, kell, hogy legyen egy egyszerűbb, kevésbé izgalmas magyarázat a mérésekre. Drew Baden, a Marylandi Egyetem fizika tanszékének vezetője szerint a neutrínónak nagyon nehéz követni a mozgását, ezért a CERN bejelentése nevetséges. „Amíg egy másik csoport nem ellenőrzi, addig ez nem valóságosabb, mint egy repülő szőnyeg” – fogalmazott.

Az Indianai Egyetem elméleti fizikusa, Alan Kostelecky ugyanakkor nem zárta ki, hogy az eredmény valós, és a hátterében olyan aszimmetriák állnak, amikre Einstein nem gondolt, amikor majdnem száz éve megalkotta a relativitáselmélet alapjait – de ez nem jelenti azt, hogy Einstein teóriáját sutba lehet vetni. „Nem hiszem, hogy valaha is ki kellene dobni Einstein elméletét, mert működik. Legfeljebb néhol további magyarázatot kell fűzni hozzá” – nyilatkozta.

A szupernóvák nem igazolják

Egyelőre a magyar fizikusok is óvatosan fogalmaznak. „Az AP híre nekem először kacsának tűnt, legfeljebb egy belső vita kiszivárogtatásának, de úgy tűnik, hogy nem az. Az eredmény eredménynek látszik, bár senki nem érti igazán. Én sem. Nagyon-nagyon elgondolkodtató, ha tényleg igaz” – írta kérdésünkre Lévai Péter, a CERN ALICE kísérleténél dolgozó magyar csoport vezetője.

„Az eredmény mindenképpen meglepő, váratlan. A cikk hatvan nanoszekundum eltérésről beszél, ez nagyjából 18 méter útnak felel meg, fénysebességgel számolva” – közölte a szintén a CERN-nél dolgozó Siklér Ferenc is, aki részt vett az LHC első rekordjainak publikálásában. „A publikált adatok alapján az eltérés jelentős, ugyanakkor kicsit korai lenne még következtetéseket levonni. Véleményem szerint mindenképpen érdemes megnézni, a mérési hibák mennyire valósak. Ha ezeket például alábecsülték, az eltérés már nem szignifikáns.”

„Az ellenérvek között szerepel, hogy a rendkívüli, a neutrínósnál sokkal nagyobb pontossággal végzett más mérésekkel soha nem sikerült a fénysebességnél gyorsabb haladást észlelni” – fogalmazott a már idézett Horváth Dezső. „Még súlyosabb ellenérv, hogy a felrobbant csillagokból, a szupernóvákból eredő neutrínók pontosan a fényfelvillanás idejében érkeznek, amint azt az 1987A szupernova mutatta, pedig ha igaz az OPERA észlelése, a csillagászati távolságból már évekkel korábban észlelnünk kellene az óriási neutrínóáramokat. Ugyanakkor vannak jelentős különbségek: a szupernóvákból inkább csak viszonylag alacsony energiájú elektron-neutrínók érkeznek, amíg az OPERA nagyobb energiájú müon-neutrínókkal dolgozott. Mindenesetre, ha igaznak bizonyul a felfedezés, az alapjaiban fogja megváltoztatni a fizikát.”