Fénynél gyorsabb neutrínók és a Kvantum-radar

| 2011. szeptember 26. 4:39 | Frissítve:

A CERN pénteki bejelentése igazi tudományos szenzációként robbant a médiában. Mi sem tétlenkedtünk a háttérben - nyárvégi összefoglalónk, képtelenségekkel.

Ahogy az már nem egyszer előfordult, az Időkép április elsejei, bolondosnak tűnő bejelentéseiről időnként kiderül, nem csupán tréfáról van szó. És bár eszünk ágában sincs magunkat a világ legfejlettebb részecske-kutató intézete, a CERN több ezer nagy tudású fizikusaiból álló tudóscsapatához hasonlítani, lehetőségeinkhez képest mi is elkövetünk minden őrültséget, ami a józan ész és a tudomány megingathatatlannak hitt alapvetéseit veszélyeztheti.

Előbb azonban ejtsünk néhány szót a - nem kevésbé lehetetlennek tűnő - hétvégi sajtótájékoztató, illetve a mérési eredmények jelentőségéről.

A tények, nagyon röviden

A Svájcban kibocsájtott neutrínókat több, mint 700 km-re délkeletre, az olasz Appeninekben a közel 3000 méter magas Gran Sasso hegy gyomrában működő vevőállomás érzékelte, és a 10 nanoszekundumos mérési hibahatárhoz képest azt tapasztalták, hogy a neutrínók 60 nanoszekundummal korábban érkeztek meg, mint az a fény sebességével haladva lehetséges volna. Ha ezt a következő években független mérések is megerősítik, az egész mai, Einsteni reletivitáselméletre, illetve annak alapelemeire működő fizikai világképünk összeomlik, pontosabban érvényét veszti (illetve, a ma ismert fizika csupán a "valóság" egy speciális alesetének minősülhetne).

Aki a hazai médiában megjelent cikkek mellett a közel 2 órás, élőben sugárzott előadást is végignézte, alighanem mélyen meggyőződhetett arról, hogy a mérésen dolgozó közel 150 fizikus elképesztően alapos munkát végzett a mérési hibák kiküszöbölése érdekében. A neutrínókat kibocsájtó ill. vevő oldal távolságát +-20 cm-es pontossággal határozták meg, még azt is figyelembe véve, hogy egy 2009-es földrengésben mintegy 7 cm-el közelebb került egymáshoz a két pont (60 ns alatt közel 18 métert tesz meg a fény, tehát a távolságok pontossága bőven elegendő). 

Az időszinkronitást kettős visszacsatolású, 1 mikroszekundumos GPS/1PPS-jel kiindulási alapú, cézium-rezonancia korrekcióval erősítették, amit még egy teljesen független, harmadik rendszerrel is ellenőriztek. Ennek alapján a két hely közötti időeltérés pontatlansága maximum +-10 ns lehetett. Márpedig a neutrínók 60 ns-al korábban érkeztek, ami a hibahatár több, mint ötszörös túllépése; a tudományban ez már bőven statisztikai bizonyosságot jelent. 

Az eredmények komolyságát jelzi, hogy a kísérleti jegyzőkönyvet köbb, mint 130 (!), a kutatásban részt vevő, illetve a méréseket ellenőrző tudós írta alá, amelyet teljes terjedelmében itt olvashatnak érdeklődő nézőink.

Mit jelent mindez, ha független kísérletek is igazolják a jelenséget?

Nos, (fizikai világképünk összeomlásán kívül) hosszú távú következményeit még elképzelni is nehéz, de nem zárhatóak ki olyan elképesztő felvetések sem, mint mint például a jövőből a múltba haladó részecskék léte, esetleg a negatív tömeg(?), vagy éppen az ok-okozati viszony megfordulása és a logika alapvető fogalmainak értelmetlenné válása.

Van harmadik lehetőség?

Azaz lehetséges, hogy a mérés helyes, ám a neutrínók mégsem haladnak fénysebességnél gyorsabban? Nos igen, legalább egy kézenfekvő megoldás adódik, amely meghagyná az Einsteini relativitáselmélet igazságait, ám egyben bizonyítaná a 4. (vagy annál is több) térdimenzió létét, sőt, annak átjárhatóságát is.

Képzeljük el, hogy a fény egy síkban halad (egy képzeletbeli, áttetsző "papírlap", vagy éppen írásvetítő fólia felszínén), és tudjuk, hogy nem tud gyorsabban menni c-nél ebben a síkban mozogva. Így ha ezen a síkon kjelölünk egy A és egy B pontot, akkor a felszínen értelmezett távolság arányában egyszerűen nem tud korábban odaérni egyik pontból a másikba, mint azt c (a fénysebesség) lehetővé teszi. 

Igen ám, de mi történik akkor, ha ezt a "papírlapot" vagy fóliát meghajlítjuk a térben? Így A és B pont a felszínt követve ugyanolyan messze van egymástól, ám ha a fény "kiléphet" ebből a magasabb dimenzóban meghajlított sík felszínéből, akkor egyszerűen "átvághatja" A és B pont között a távolságot, és sokkal-sokkal gyorsabban érhet el egyik helyről a másikra, mint az a felszínen lehetséges volna.

Most képzeljük el, hogy a mi 3 térdimenziónkat is meg lehet hajlítani (vagy valamiért, például a gravitációs tér által eleve meghajlik) egy magasabb, 4. térdimenzióban - amit mi ugyan nem érzékelünk, de attól még létezhet. Ekkor a három dimenziós terünk belülről nézve ugyanolyan marad, de bizonyos pontjai között létezik olyan - 4. dimenzióban értelmezett - út vagy egyenes, amelyen a fény vagy más részecskék rövidebb úton érhetnek el egyik pontból a másikba. Ehhez azonban - az út egy részében legalább - ki kell lépniük a háromdimenziós térből, azaz az általunk ismert világból, az Alpok vonulatai "alól". Bár háromnál több térdimenziót még elképzelni is nehéz, nemhogy képernyőn szemléltetni, de néhány zseniálisan megkomponált  vizualizáció segíthet ebben -

 

Miért éppen a neutrínók?

Nos, a neutrínó egy igen titokzatos faj a részecskék leptonok, fermionok és bozonok családjaiból álló, a hadronok nemzetségét is hordozó, fel és le, bájos és furcsa kvarkoktól hemzsegő népes állatkertjében; még ma is alig tudunk róla valamit. Sokáig abban sem voltak biztosak a kutatók, hogy van-e egyáltalán tömege; bizonyos állapotváltozásai azonban arra engedtek következtetni, hogy szinte bizonyosan nem nulla a kérdéses jellemző (alsó becslések léteznek jelenleg erre is). Mindemellett szellemrészecskének is hívják a kutatók mind a mai napig, mivel olyan hihetetlenül ritkán lép érzékelhető kölcsönhatásba az anyaggal, hogy akár fényévnyi vastagságú acélfalon is zavartalanul átrepül többségük - mintha ott sem volna az akadály - nem is beszélve a Földről és akár a saját testünkről, amin szintén milliószámra hatolnak át másodpercenként.

Érdekes eljátszani a gondolattal, hogy a neutrínók talán éppen azért lépnek ilyen ritkán kölcsönhatásba az anyaggal, mert talán létezésük nagy részét nem is a mi 3+1 dimenziós terünkben töltik, hanem haladásuk során ide-oda oszcillálnak magasabb dimenziószámú téridők és az általunk érzékelhető világegyetem között (az pedig már csupán cikkünk szerzőjének magánvéleménye, semmiképpen sem tudományos tény; mindenesetre kiválóan összecseng a Kvantum-radar c. cikkünkben ismertetett multidimenzionális hiperhullámok elméletével).

Hogyan tovább?

Ahogyan az várható volt, nem sok olyan intézmény létezik a világon, amely a CERN-től teljesen függetlenül igazoli vagy cáfolni tudná az elképesztő eredményeket. A Chicago mellett működő Fermi kutatólabor az egyik lehetőség (ahogy már korábban is mértek a fénysebességnél gyorsabban haladó neutrínókat, igaz, akkor mérési hibahatáron belül); a másik a Japánban éppen nem működő részecskefizikai kutatóintézet, amely a tavaszi cunami óta még nem indulhatott újra. Akárhogy is; a következő hónapokban feltehetően tudósok tízezrei fogják a CERN jelentését ízekre szedni, lehetséges mérési hibák után kutatva - és remélhetőleg mielőbb megszületik a kísérlet másolata az Egyesült Államokban, a Távol-Keleten, vagy akár - műholdak segítségével - a világűrben is.

Hogy jön ide a kvantum-radar?

Bár relativisztikus neutrínókkal kísérletezni elég drága mulatság, az Időkép késleltetett-választásos kvantumradír-jelenség kiterjesztésén alapuló - a jövő, és/vagy a hipertér (szintén csak a fénynél gyorsabb információ-átvitellel kivitelezhető) jellemzőinek távérzékelését megcélzó - ún. Kvantum-radar kísérlet megépítése már idén tavasszal elkezdődött.

A szükséges optikai elemek közül a legegzotikusabb és egyben legdrágább (gyémántnál is jóval értékesebb), foton-hasításra ill. összefonódott fotonpárok keltésére szolgáló speciális, nemlineáris béta bárium-borát kristály (BBO) már év elején megérkezett hozzánk; ezt kicsivel később követte az UV-közeli, 405 nm-es hullámhosszú, 100 mW teljesítményű (szemmel alig látható, ám annál nagyobb energiájú) kék lézerforrás.

Szintén megérkeztek az infraszűrők és a lineáris polarizátorok is; hiányoznak azonban az optikai tartóelemek, lézertükrök, nyalábosztók és az igencsak költséges fotonszámlálók; továbbá az infra CCD-k és lencsék, aktív hűtők és egyéb kiegészítők sem állnak még rendelkezésre.

Jó hír viszont, hogy megvan a helyszín, amely egy - egyelőre még nem publikus - közel 3 kilométeres kifutóval, illetve sík mezővel rendelkező repülőtér, ahol éppen most építjük ki a két pályavég és a torony közti internetkapcsolatot.

Az első, nagy felbontású fotók

...amelyek (még nem kültéren, sőt még csak nem is laboratóriumi körülmények között), hanem egyszerűen egy sötétített tükörüveg asztalon, némi háttérfény mellett, 30 mp-es expozícióval készültek (5 mW-osra csökkentett intenzitású, 405 nm-es UV-közeli sugárnyaláb, valamint a - nem túl precízen beállított - BBO kristály segítségével). A fotózáshoz olyan fényképezőt használtunk, amelynek infra-szűrője eltávolítható, így volt elméleti esély a keletkező, kvantumfizikai szinten összefonódott, 810 nm-es (infravörös) kilépő fotonpárok statisztikai sokaságának halvány, piros tartományban jelentkező fénykúpjának megörökítésére. 

Az alábbi képek körülbelül egy hónappal ezelőtt, a nyár második felében készültek, voltaképpen tisztán kíváncsiságból - hiszen még ha látszik is a képen az összefonódott fotonnyaláb a fényképezővel semmilyen mérést nem lehet végezni rajtuk, csupán a jelenlétüket érzékelni (elméletileg a belépő, kék lézernyaláb optikai tengelyéhez képest durván +-3 °-os szögben lépnek ki az infra kvantumpárok a kristályból).

A felvételeken a forráslézer felett nem sokkal kivehető egy halványan derengő, vörös félkör-ív egy részlete, amely talán a fotonhasítás során keletkező fénykúp ragyogása; ám az is lehet, hogy lencsebecsillanás, és semmi köze az SPDC folyamathoz. Biztosabbat egyelőre - saját fotonszámláló hiányában - csak az SZFKI laboratóriumában tudhatunk meg, remélhetőleg néhány hónapon belül (lásd -  Köszönetnyilvánítás)

(A képek módosítatlan, teljes felbontású eredetije az alábbi fotókra kattintva tölthető le)

Köszönetnyilvánítás és a folytatás

Kísérletsorozatunk előkészítésében eddig nyújtott, közvetlen vagy közvetett segítségért szeretnénk kiemelt köszönetet mondani, időrendben

- Dr. Paul Werbosnak, az Egyesült Államokbeli National Science Foundation elnökének,
- Dr. Barbara Hoelingnek, a Kaliforniai Politechnikum kvantum-optikai kutatójának,
- Dr. Egon Wankenak, a Düsszeldorfi egyetem matematikusának, (aki egyben a Blitzortung villámlokalizációs rendszerének létrehozója és fenntartója is),
- A Magyar Tudományos Akadémia Szilárdtest- és Optikai kutatóintézetének Kristályfizikai, Kvantumoptikai- és Kvantuminformatikai Osztályáról Kis Zsoltnak és kollégáinak,
- Az (egyelőre nem publikus) repülőtér vezetésének, tulajdonosi körének és az irányításnak,

A legkorábbi részeredmények megszületését ideális esetben késő őszre, esetleg kora tavaszra várjuk. Amint a kísérleti elrendezés összeállt, és bizonyos elővigyázatossági intézkedéseket is megtettünk, természetesen részletes - fotókkal is gazdagon illusztrált - helyzetképpel jelentkezünk majd, a kísérlet igen látványos helyszínének bemutatásával. 

Nagy Gergely
2011. szeptember 25.
Időkép.hu




Cimkék: , ,

Hozzászólás küldéséhez be kell jelentkezni. BejelentkezésRegisztráció




Kapcsolódó hírek

  • Kvantum-radar Közel másfél év után folytatjuk a "Fénynél is gyorsabban" c. cikkünket, nem kevés új meglepetéssel szolgálva. Figyelem! Egész estés olvasmány, kizárólag ínyenceknek és fanatikusoknak.
  • Felfedezték a gravitációs hullámokat Magyarok is részt vettek abban a kutatásban, amellyel igazolták Einstein relativitáselméletének egyik legfőbb előrejelzését.
  • Az űrben is van hang A NASA speciális eszközökkel egészen rémisztőnek tűnő világűrbéli hangokat rögzített.
  • Új csúcsa van a Bükknek Bebizonyították, hogy nem az Istállós-kő a Bükk legmagasabb pontja. Az új csúcs a Kettős-bérc lett.

Hozzászólások

  • Bakesz: Az a film egy fake, csek annyi látszik, h valaki a füléhez tett kézzel mászkál. Ezer oka lehetett rá. Mobilhoz, vagy műholdas telefonhoz háttér-infrastuktúra is kell. És ki az az idióta időutazó, aki egy nagy készülékkel flangálva beszélgetne, nem csak egy fülébe süllyesztett kis vacakkal? Az a film röhej.

  • petiww
    ez az amihez mi átlag emberek kevesek vagyunk.Nemtudom láttátok e már,de van egy felvétel cseplin időszakából ahol konkrétan egy csávó besétál a képbe,valamit a füléhez tart és beszél,mosolyog,telefonál mobillal.Ez az eredeti filmen is rajta van.Na ezzel a témával viszont lehet vitatkozni.

  • @Bakesz

    Akárki akármit mond szerintem a múltba való visszautazás lehetetlen, az már lezajlott. Ha már utaztak volna vissza (vagy a jövőben olyat csinálnának) annak már lett volna következménye a múltban.
    A jövőbeutazás is lehetetlen szerintem, még ha elméletileg lehetséges volna akkor is.

  • én csak azt remélem,és bízom benne így is van,hogy nem hülyék kezébe van a dolog,mert akár csak egy hülye is vissza utazna a multba hogy majd ő megmutatja (és esetleg megöli elődjeit mostani ellenségének hogy meg se szülessenek) azzal nagyon fel borítana mindent. Itt már olyan hatalommal dolgoznak ami a világot tudja uralni és ezzel megegyezően el is tudja pusztítani

  • Én most voltam a CERN látogatható részeiben....fantasztikus,életre szóló élmény volt.Lehet,hogy pont akkor dőlt meg a relat.elmélet???

  • "Svájcban kibocsájtott neutrínók..."
    Kíváncsi vagyok, hogy eme igen csak nehezen detektálható leptont mi módon sikerült előállítani; és megkülönböztetni a legközelebbi "fúziós erőművünktől" származótól?

  • Persze úgy hogy a 405-ös lézer fénye ne érje a lencsét, és lehetőleg napellenzővel. Így elég kicsi az esélye a flare-nek mellesleg egy átlagos CCD-CMOS nagyon gyenge 800nm-en túl. gyakorlatilag csak zajként jelenik meg.

  • Azért ez a CERN-es kísérlet szerintem elhamarkodottan került publikálásra. A statisztikai hibát szűrték, szisztematikus hibaszűrést ennél pontosabban kell végezni, illetve ha nem lehet, mint jelen esetben sem, akkor szerintem egy 95% feletti statisztikai völgy esetében elhamarkodott dolog bármit is kijelenteni.
    Ha a relatív hibát vesszük, akkor a különböző helymeghatározási és időmérési módszerekből származó relatív hibák összegzéséből származó teljes relatív hiba százalék terjedési időre visszavezetve bőven 60ns felett lesz.

    Ötlet a saját méréshez: Nagy F1,4 50mm objektívvel 800-as filmre készített felvétellel közepesen zárt rekesz mellett olyan 3-5 s-es expozicíóval érdemes a képet készíteni, előzetesen aeroszol dúsítással (pl gyufa füst).

  • Én kíváncsian várom a fejleményeket!

  • Einstein sem tudhatott mindent... :)

  • A linkjeimet továbbra is ajánlom legalább megtekintésre..:-)

    http://www.npr.org/templates/story/story.php?storyId=140711288
    http://www.science20.com/quantum_diaries_survivor/sixsigma_signal_superluminal_neutrinos_opera-82744

    A cikkben vannak valós dolgok és fikciók is szerintem.

  • Mindenkinek csak ajánlani tudom, hogy nézze meg a Stephen Hawking univerzuma című lenyűgöző dokumentumfilmjeit. Az egyik részben az időutazás elméletét is bemutatja.

  • Szegvár: Hát nem tudom Te hogy vagy vele, de számomra még akad ebben a kategórában olyan témájú film, amiről most nem gondolnám, hogy húsz év múlva lehetséges lesz. Egyébként csak egy kis humoros szösszenetnek szántam a dolgot, mivel a cikkben megemlítik a dimenziók közötti átjárhatóság kérdését, valamint a "múltból a jövőbe haladó részecskék"-et. Szerintem azért ehhez még kéne néhány évtized, ha be is bizonyosodna egyáltalán, hogy lehetséges...szóval addig számomra "fiction" marad.

  • Einstein még jó, h tudott valamivel előjönni, mondjuk Da Vinci meg Newton után, mi? Galileit egyenesen meghurcolták. Kételkedni egészséges dolog - egy darabig. Itt is az idő el fogja dönteni, mi igaz ebből, és mennyire kell átírni a könyveket. A lényegesebb dolog szerintem, hogy mennyire alakítja majd át életünket? (Kolumbusz is körbehajózta a "lapos Földet", így sok mindent megváltoztatott.)

  • Katalin: a Sci-fi már nem scifi régóta. A 80-as években ki gondolta volna hogy majd egy nap mindenki érintőképernyős, több Gb-os memóriával rendelkező, zsebben elférő kütyükkel fog internetezni?

  • Egyetértek az előttemszólóval. A "tudósok" már nem tudnak mivel előjönni, így minden apró dolognak hatalmas feneket kerítenek. Egyik nagyobbat akar mondani mint a másik, csak azért mert meg akarnak élni ők is valamiből.

  • Azért, mert egy kísérlet során egy neutrínó esetén a fénynél nagyobb sebességet regisztráltak, még korai a modernkori/kvantum fizika alapjait temetni. Akkor el lehet kezdeni ujjongani, ha valakinek sikerül elméleti, matematikai úton is bizonyítani, a kísérlet gyakorlati hatását Einstein tömeg-energia ekvivalencia törvényére (tiszteletben tartva Einstein determinizmusba vetett hitét). Addig ez posteriori és hagyjuk csak feltételesen a hírt az "érdekesség" kategóriába, mint a Homo Ludens, milliárdos játékszerén szerzett tapasztalatát (nem mintha ez nem lenne jó dolog).

    A méréssel kapcsolatban, a statisztikai hibahatárokkal történő magyarázat kicsit vicces. Mi van ha a hibahatárok rosszak?! Mi van, ha olyan hatások is érvényesülnek, amiről tudósainknak még nincs ismeretük, stb... A valószínűséggel történő magyarázat pedig - szerintem - nem több mint az ismeretlen, vagy megmagyarázhatatlan dolgokra kreált hipotézis (nem több mint a "határozott talán"). Tessék leporolni pl. Niels Bohr értekezéseit a mérés problematikájáról.

    Irónia: Egyébként sem értem a felhajtást, hisz "csak egy neutrínóról" van szó. :) Még a fény sebességével sem tudunk nagyon mit kezdeni (mármint anyagi szinten elérni, de még megközelíteni sem), akkor mit is jelenthet a hibahatárt meghaladó "statisztikai", ha jól értem ~18 m/s sebességtöbblet. ;) Ez még számomra szenzációhajhászás. Még hogy ennyiért érdemes lenne meghajlítani a teret? :)))

  • Nagyon jó cikk! Egy kicsit furcsa azt olvasni, hogy EIinstein elméletének helytállósága megkérdőjelezhető!Lehet, hogy néhány évtized múlva a science FICTION nem is lesz annyira FICTION??!! :)

  • Lám lám mennyivel összetettebb a világunk, mint azt legmerészebb álmainkban is gondolni mertük volna..... Bizony rég elavultak már a tankönyveink... ... ... :)

  • Remek..
    Ezt kihagytátok pedig jeleztem már...

    http://scienceblogs.com/startswithabang/2011/09/this_extraordinary_claim_requi.php

    Néhány link kiegészítésül..

    http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-15017484
    http://www.npr.org/templates/story/story.php?storyId=140711288
    http://cupp.oulu.fi/neutrino/nd-mass.html
    http://www.science20.com/quantum_diaries_survivor/sixsigma_signal_superluminal_neutrinos_opera-82744
    http://profmattstrassler.com/2011/09/20/supernovas-and-neutrinos/
    http://arxiv.org/abs/0706.0437
    illetve:
    http://arxiv.org/abs/1109.4897
    http://blogs.discovermagazine.com/badastronomy/
    VIDEO SEMINAR:
    http://cdsweb.cern.ch/record/1384486
    http://cosmologyscience.com/cosblog/?p=1878#more-1878

Nálad milyen az idő?

Van egy jó időjárás képed?

Tölts fel fotót!

Figyelmeztetés:

Riasztás

Mikor jön a tél?

Még nem

hirdetés
Legutóbbi észlelések

Nálad milyen az idő?

Hirdetés

© Copyright Időkép Kft. 2004–2017. Adaptive Média Facebook Twitter Google+
Impresszum | Médiaajánlat | Szerzői jogi közlemény | Elvihető tartalmak