據(jù)國外媒體報(bào)道，上周四，位于瑞士日內(nèi)瓦與法國邊境接壤的歐洲核子研究中心（CERN）宣布了一項(xiàng)驚人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在該中心此前進(jìn)行的中微子振蕩（感光）跟蹤（儀）實(shí)驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)中微子運(yùn)動(dòng)的速度超過光速。中微子是輕子的一種，且顯電中性（不帶電）。對(duì)于該實(shí)驗(yàn)結(jié)果，目前除了歐洲核子研究中心外，還沒有任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)室能證實(shí)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論是否正確。而美國費(fèi)米國家實(shí)驗(yàn)室將對(duì)中微子超光速實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。
畢竟，如果中微子超光速現(xiàn)象得到證實(shí)，這就意味著由歐洲核子研究中心中微子振蕩跟蹤實(shí)驗(yàn)（參考圖2）中得出的結(jié)論將對(duì)愛因斯坦的狹義相對(duì)論構(gòu)成重大挑戰(zhàn)，這是因?yàn)閻垡蛩固沟莫M義相對(duì)論中提到：在計(jì)算相對(duì)論質(zhì)量時(shí)，所采用的公式要求物體的運(yùn)動(dòng)速度不可以達(dá)到光速，更別說超過光速了，即沒有任何物體的運(yùn)動(dòng)速度比光速還快。而歐洲核子研究中心的實(shí)驗(yàn)結(jié)論卻是中微子運(yùn)動(dòng)速度能超光速，這就是愛因斯坦理論與當(dāng)前實(shí)驗(yàn)結(jié)果相矛盾的根本原因。
歐洲核子研究中心中微子超光速實(shí)驗(yàn)（及該中心地下對(duì)撞機(jī)線路結(jié)構(gòu)）示意圖 面對(duì)歐洲核子研究中心的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，許多科普作家以及物理學(xué)家都對(duì)中微子能超光速運(yùn)動(dòng)表示質(zhì)疑。但是，為了明確表明是否有必要對(duì)愛因斯坦的理論進(jìn)行修改，我們就要進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn)。美國費(fèi)米國家實(shí)驗(yàn)室粒子物理實(shí)驗(yàn)室正在著手對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果能被復(fù)制，也就是說也可以得出中微子超光速運(yùn)動(dòng)的結(jié)論，那愛因斯坦的狹義相對(duì)論很可能要進(jìn)行部分修改。 事實(shí)上，早在2007年時(shí)，在美國美國伊利諾伊斯州巴達(dá)維亞與明尼蘇達(dá)州進(jìn)行的（主注入式）中微子振蕩搜尋（MINOS）高能物理實(shí)驗(yàn)中，位于伊利諾伊斯州巴達(dá)維亞的美國國家費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家將主注入器產(chǎn)生的中微子束穿過位于該實(shí)驗(yàn)室的近程探測裝置，然后擊中位于數(shù)百英里外的明尼蘇達(dá)州廢鐵礦井改造的遠(yuǎn)程探測裝置。該實(shí)驗(yàn)當(dāng)時(shí)得出的結(jié)論是：首次記錄到中微子運(yùn)動(dòng)速度超過光速。但是，這個(gè)結(jié)果并沒有引起多大的注意，這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)結(jié)果在誤差的范圍之內(nèi)。
使用GPS信號(hào)測量中微子振蕩跟蹤實(shí)驗(yàn)原理圖 現(xiàn)在，美國國家費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)準(zhǔn)備好了更加精確的測量裝置，如果他們能證實(shí)歐洲核子研究中心得出的中微子超光速結(jié)論，那么這將是最重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。（主注入式）中微子振蕩搜尋（MINOS）高能物理實(shí)驗(yàn)的發(fā)言人、英國倫敦大學(xué)的粒子物理教授珍妮托馬斯（Jenny Thomas）在一封電子郵件中提到：（主注入式）中微子振蕩搜尋（MINOS）實(shí)驗(yàn)計(jì)劃進(jìn)行多項(xiàng)改進(jìn)，以更新2007年進(jìn)行的初始測量結(jié)果，其中包括10倍乃至更多的數(shù)據(jù)。 費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室將在未來的四到六個(gè)月期間得出新的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，因?yàn)橘M(fèi)米實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)只是在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行更新，以便更仔細(xì)地核對(duì)測量結(jié)果。粒子物理教授珍妮托馬斯解釋道：在費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，將有一個(gè)小組（大約四到五人組成）負(fù)責(zé)使用精確的GPS系統(tǒng)（參考圖3），即原子鐘來測量由費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室主注入器產(chǎn)生的中微子流，要保證該束中微子流精確地穿過近程探測裝置，而位于明尼蘇達(dá)州的遠(yuǎn)程中微子探測裝置與其相距450英里遠(yuǎn)。 從圖2歐洲核子研究中心地下結(jié)構(gòu)分布圖上可清楚看出：超級(jí)質(zhì)子同步加速器（SPS）產(chǎn)生的質(zhì)子流經(jīng)過TT41通道的目標(biāo)跟蹤等確認(rèn)后，最后進(jìn)入兩個(gè) μ介子探測裝置，并前往730公里外的位于意大利中部的格蘭薩索（Gran Sasso）國家實(shí)驗(yàn)室。而TT41的功能主要是跟蹤中微子在目標(biāo)方向上的相互作用，以及測量中微子抵達(dá)意大利實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間。此外，圖中從上到下依次分布著：超級(jí)質(zhì)子同步加速器（SPS）通道，大型強(qiáng)子對(duì)撞器(LHC)通道和大型電子－正電子對(duì)撞器(LEP)通道。 值得注意的是：參與本次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的僅是美國國家費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)部分，而費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室粒子物理實(shí)驗(yàn)室的另一個(gè)主要部分將由于資金缺乏的問題而關(guān)閉，它就是費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室萬億電子伏特加速器(Tevatron)。該加速器被認(rèn)為是可與歐洲核子研究中心的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)相匹敵的裝置。在歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)未問世之前，其一直是世界上最大的粒子加速器。歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)于2008年啟動(dòng)，而費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室萬億電子伏特加速器將于9月30日下午2點(diǎn)關(guān)閉。 因此，盡管以美國費(fèi)米國家實(shí)驗(yàn)室為代表的研究機(jī)構(gòu)在粒子物理學(xué)探索上發(fā)揮著自己的作用，但是，在未來誰將會(huì)是該領(lǐng)域的主要領(lǐng)導(dǎo)者仍然是一個(gè)懸而未決的問題，就如同歐洲核子研究中心的中微子振蕩（感光）跟蹤（儀）實(shí)驗(yàn)結(jié)果，依然是個(gè)未知數(shù)。 |
