爱因斯坦没有错

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  OPERA实验室再次让全球目瞪口呆。
  上次是去年9月,当他们宣布中微子速度比光还快;而这次,他们发现,由于光纤问题导致时间计算失误,中微子超光速不成立。
  OPERA发言人安东尼奥(Antonio Ereditato)称他们的科学家发现“两个问题可能导致事实出现重大偏差”。
  其一,將GPS信号传输到实验主计时器的光纤连接有问题;其二,实验所用的GPS在事件同步时给出了错误的时间戳(timestamp)。
  回顾2011年9月23日,研究人员发现,日内瓦CERN一台粒子加速器发射的中微子在抵达意大利Gran Sasso的OPERA地下实验室时,比光速快了60纳秒(1纳秒等于10亿分之一秒)。对此,很多物理学家怀疑中间有什么问题,因为它与爱因斯坦的狭义相对论不符,狭义相对论认为没有什么可以超过光速。这也是现代物理学的基石,已被无数实验所证实。
  在中微子超光速的论文发表后,OPERA的15名成员中,曾传出不和谐的声音。斯坦科(Luca Stanco)就是没有署名的研究人员之一,他当时认为这个结论太初级,还需仔细核实。
  但OPERA团队则表示,他们已经花了三年工夫排除所有潜在失误。团队甚至打算在随后的11月用改进的粒子束再次进行实验。
  该实验的原理不难,速度等于距离除以时间。难点在于精确地测准距离和时间。距离需要GPS测量,误差20厘米。时间则是GPS和铯原子钟测量,精度2.3纳秒。
  当时CERN保持了谨慎乐观,并在官网上说了关于计时的详尽说明。现在看来,其中“用于GPS同步,提供时间戳的振荡器”是个隐忧。CERN称它可能高估了中微子飞行时间。换言之,中微子可能比OPERA最初报告的传播速度还要快。“对于计时的可靠性,我们也不是非常有把握,”斯坦科说。
  第二种可能性,正如绝大多数物理学家怀疑,中微子速度并不比光速快。实验要依靠将GPS接受器连接到实验室电脑的光纤。GPS信号本应保证日内瓦与Gran Sasso的时间同步,但其时间戳则要从相隔8公里的地面传到地下实验室。因此OPERA团队必须要在最终结果里减掉信号传输时间,才能获得中微子真实的飞行时间。
  也正是计时方面的细微差错,当实验进行时,产生了60纳秒的误差。
  斯坦科说:“研究发表后,OPERA对实验各部分进行了复核。事实证明,我们是没法从这样的硬件中得到准确的数据。”
  早在去年研究成果公布时,英国物理学家吉姆(Jim Al-Khalili)就在BBC的电视节目中放下豪言,如果最终证明(中微子超光速)是正确的,他会把自己的拳击短裤吃下去。当时,吉姆讽刺道:“2加2,结果略大于4。”
  OPERA认错的消息传出后,有网友评论,意大利人办事,世界不放心。还有回复调侃道,如果让OPERA再来一次,或许他们能得出中微子比中微子还快的结论。
  就中微子的速度问题,波士顿大学的柯恩(Andrew Cohen)和诺奖得主格拉肖(Sheldon Glashow)或许给出了最容易理解的解释:
  “想象一架飞机突破了音障,以超音速飞行。它产生巨大的冲击波,因此你能听到声爆。这时声爆消耗了能量。类似的情况也会发生在任何突破光速的粒子身上:它形成冲击波,同时损失能量。然而,OPERA的中微子到达时无能量损失。因此可以推断没有冲击波,更没有超光速之旅了。”
  
  地下的Opera探测器
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