【OPERA 实验小组研究“中微子振荡”的实验设施 / aspera-eu.org】
在现代物理学的理论框架中,光速是一个独一无二的角色。以真空中光速不变为基础,爱因斯坦建立起了狭义相对论,推出了光速不可超越这一结论。 100 多年来,相对论经受住了物理学家有意设计的无数次越来越苛刻的考验。如今,它已经和量子理论一起,成为了撑起现代物理学天空的两根擎天巨柱。
然而,如果 OPERA 实验没有问题,中微子就超光速了!这将意味着,树立超过百年的相对论这根擎天巨柱,在根基上突然出现了一道裂缝!就算这道裂缝不至于让整根擎天巨柱轰然倒塌,令现代物理学的天空崩塌掉一半,对它的修修补补也势必会改写相对论——总之一句话,相对论这下可就是麻烦大了。所以谢耳朵才会说,超光速粒子可能是“ paradigm-shifting discovery”(改变某一领域大多数人共识的发现)。 OPERA 实验:撼动根本 or 满是漏洞?但是,这一切都是有前提的,那就是“ OPERA 实验没有问题”。这项实验真的没有问题吗?实验原理看起来非常简单——只要精确测出 μ 中微子飞行的距离,再精确测出它出发和抵达的准确时刻,接下来就是简单的加减乘除了。
【OPERA“中微子超光速”实验示意图。从瑞士日内瓦 CERN 出发的中微子束经过 732 Km 到达意大利格朗索萨的 OPERA 实验室 / uni-muenster.de】
然而,不论是精确测量距离,还是精确测量时间,都有大量可能引起误差的因素需要考虑。更重要的是,由于中微子性情孤僻,在 CERN 出发的无数中微子中,根本不可能预先知道哪个中微子会被 OPERA 抓住,就更不可能知道它到底是什么时刻在什么地方产生的了。OPERA 使用了一种看起来很复杂的统计方法来处理这种状况,似乎也存在不少可能出错的疑点。
所以,正如谢耳朵后一句话 “another Swiss export as full of holes as their cheese” 所说,这个结果很有可能 “像瑞士奶酪那样,浑身都是(漏)洞”。事实上,就连 OPERA 实验小组的发言人、瑞士伯尔尼大学的物理学家安东尼奥 · 埃雷蒂达托(Antonio Ereditato)都没敢把话说得太满。他只是谨慎地表示,实验小组穷尽了心思也找不出这个结果到底错在哪里,只能公布出来请大家帮忙来一起挑错了。 超光速:精彩如果继续……很可惜,如此精彩的一个话题,居然没有引起在座几位女士的兴趣,以至于在她们集体退场之后,谢耳朵忿忿不平地把话题改成了“女人”。如果这个话题继续下去,他们都会说些什么呢?
实验物理学家 Leonard(我记得有一集他摆弄过激光来着……)或许会以挑剔的眼光盘点 OPERA 实验中可能存在的漏洞,也可能会跟工程师 Howard 一起商量,弄出个新的方案来重复这一实验(美国费米实验室的 MINOS 实验小组已经打算这么干了)。理论物理学家谢耳朵和 Raj 则会提出各种稀奇古怪的理论,来解释中微子为什么能够超光速……至于中微子到底有没有超光速——管他呢,反正 Leonard 们和 Howard 们总有一天会弄清楚的。 另外一种可能性(感谢 Ent 汉化~)