Gab es einen Fehler beim Timing des CERN-Teams für überlichtschnelle Neutrinos?

Im September 2011 entdeckten Wissenschaftler des CERN, der Europäischen Organisation für Kernforschung, etwas Verwirrendes. Sie haben eine Gruppe von Neutrinos getaktet, die von einem Teilchenbeschleuniger abgefeuert wurden, der sich etwas zu schnell bewegte. Die Neutrinos erreichten ihr Ziel, 450 Meilen (724 Kilometer) entfernt, 60 Nanosekunden früher als sie sollten. Sechzig Nanosekunden klingen nicht nach viel, aber in diesem Fall ist es eine große Sache – die Neutrinos hätten sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen müssen.

Und wisst ihr, was sich schneller fortbewegt als die Lichtgeschwindigkeit ? Gar nichts. Oder so denken wir. Das ist seit 1905, als Albert Einstein die spezielle Relativitätstheorie schrieb, ein Eckpfeiler der Physik. Wenn diese Neutrinos tatsächlich in der Lage wären, die Lichtgeschwindigkeit zu überschreiten, dann würde die spezielle Relativitätstheorie aus dem Fenster fallen und wir müssten die Gesetze der Physik neu untersuchen.

Die Wissenschaftler veröffentlichten ihre Ergebnisse und ermutigten die wissenschaftliche Gemeinschaft, die Ergebnisse zu hinterfragen, in Frage zu stellen und zu beweisen oder zu widerlegen. Im Februar 2012 fanden sie heraus, was schief gelaufen war: Das GPS-System, mit dem die Geschwindigkeit der Partikel gemessen wurde, war nicht auf der Höhe seiner Leistung und funktionierte nicht richtig. Ein loses Glasfaserkabel verursachte den Messfehler, aber der Prozess, den CERN und die wissenschaftliche Gemeinschaft durchliefen, um ihre Forschung zu bestätigen, ist interessanter als das enttäuschende Ende einer losen Verbindung.

Das CERN-Experiment beschleunigte Neutrinos auf Lichtgeschwindigkeit und feuerte sie von Genf zu einem Detektor im italienischen Gran Sasso National Laboratory, das 450 Meilen (724 Kilometer) entfernt liegt. Laut der Website des Projekts bestand das Ziel von OPERA – Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus – darin, das Auftreten von Tau-Neutrinos aus der Oszillation von Myon-Neutrinos zu erkennen. Als sich die beschleunigten Teilchen scheinbar schneller als mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegten, erhielt das OPERA-Projekt große Aufmerksamkeit in den Medien und der wissenschaftlichen Gemeinschaft.

Die meisten Wissenschaftler waren entsprechend skeptisch. Wenn sich diese Neutrinos tatsächlich schneller als Lichtgeschwindigkeit fortbewegen würden, wäre eine prinzipielle Theorie der Physik nicht mehr zuverlässig. Laut einer CERN-Pressemitteilung vom September 2011 haben die OPERA-Wissenschaftler mehrere Monate damit verbracht, ihre Experimente zu überprüfen und keine instrumentellen Anomalien gefunden, die die Ergebnisse erklären könnten.

Mithilfe von GPS-Systemen und Atomuhren konnte das OPERA-Projekt die Geschwindigkeit seiner Neutrinos mit einer Genauigkeit von 10 Nanosekunden oder weniger bestimmen. Die Wissenschaftsgemeinschaft hat sich natürlich entschieden, ihre eigenen Tests durchzuführen. Das Treffen der AAAS oder der American Association for the Advancement of Science im Februar 2012 zeigte, dass fünf ähnliche Experimente vorbereitet wurden, um die Behauptungen von OPERA zu testen, aber sie waren nicht unbedingt notwendig: Am 23. Februar 2012 gab CERN dies bekannt Zwei Elemente ihres Systems könnten die überlichtschnellen Messwerte verursacht haben.

Obwohl sie monatelang über ihren Ergebnissen brüteten, bevor sie im September 2011 die überlichtschnellen Messwerte des OPERA-Projekts veröffentlichten, übersahen die CERN-Wissenschaftler die Ursache für die ungenauen Messwerte. Sie arbeiteten weiter daran, ihr Experiment zu verifizieren, und gaben im November bekannt, dass ein neuer Test die Genauigkeit seiner Zeitmessung bestätigte. Die Ergebnisse zeigten immer noch Reisen schneller als Licht.

Sie stießen auf das Problem erst im Februar 2012, als OPERA zwei potenzielle Probleme mit seinen Messungen entdeckte. Ein Oszillator , der zur Bereitstellung von GPS -Zeitstempeln verwendet wurde, könnte die Neutrino-Laufzeit überschätzt haben. Wenn das das Problem war, könnte das bedeuten, dass die Neutrinos tatsächlich noch schneller unterwegs waren. Das andere potenzielle Problem bedeutete das Gegenteil: Ein optisches Kabel, das GPS-Signale zur OPERA-Hauptuhr bringt, könnte fehlerhaft gewesen sein, was dazu führen würde, dass das System die Neutrino-Laufzeit unterschätzt.

Mit dem fixierten optischen Kabel verschwand der Vorteil von 60 Nanosekunden gegenüber der Lichtgeschwindigkeit, und alle nachfolgenden Neutrinotests am CERN stimmten mit der erwarteten Lichtgeschwindigkeit überein. Fehler passieren ständig in der wissenschaftlichen Gemeinschaft, und sie werden genauso behandelt wie dieser hier: Tests, Wiederholungstests und externe Studien versuchen, ein Ergebnis zu bestätigen. Schneller als das Licht zu reisen, war gerade groß genug, um eine Menge Aufmerksamkeit zu erregen.

Der Large Hadron Collider ist so cool, dass man leicht vergisst, dass CERN eine riesige wissenschaftliche Organisation ist, die alle möglichen Experimente durchführt, bei denen es nicht darum geht, Atome zusammenzuschlagen! Das überlichtschnelle Neutrino-Experiment ist ein großartiges Beispiel: Die Ergebnisse erregten jede Menge Publizität, weil man kein Gehirn braucht, damit die Physik versteht, dass sich nichts schneller als Lichtgeschwindigkeit fortbewegt. Sie brauchen auch keinen Verstand für Physik, um sich das Sci-Fi-Potenzial von Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit auszudenken! Ich wünschte fast, die Ergebnisse von OPERA hätten sich bestätigt. Wie cool wäre das gewesen?

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Quellen