Підтверджено виявлення надсвітлових нейтрино

Співробітники колаборації OPERA повторно перевірили результати експерименту, у якому спостережувана швидкість руху нейтрино перевищила швидкість світла у вакуумі, і провели додаткову серію вимірювань, не виявивши жодних ознак того, що дані, опубліковані два місяці тому, були помилковими.

Співробітники колаборації OPERA повторно перевірили результати свого експерименту, у якому виміряна швидкість руху нейтрино перевищила швидкість світла у вакуумі.

Детектор OPERA, нагадаємо, змонтовано в підземній Національній лабораторії Ґран-Сассо приблизно за 730 км (по прямій, що проходить крізь земну кору) від джерела мюонних нейтрино ν_μ — протонного суперсинхротрона Європейської організації ядерних досліджень (ЦЕРН). Синхротрон розганяє протони до 400 ГеВ і подає їх на графітову мішень, де народжуються піони й каони, які потім спрямовуються в кілометровий тунель і в польоті розпадаються з утворенням ν_μ.

Основним завданням OPERA завжди вважали реєстрацію нейтринних осциляцій — «виникнення» таонних нейтрино в підготовлених пучках мюонних. Однак експериментальна схема з детектором, розташованим на великій відстані від джерела частинок, добре підходить і для оцінювання швидкості руху мюонних нейтрино. Щоб забезпечити високу точність такої оцінки, у 2008 році в ЦЕРНі та Лабораторії Ґран-Сассо встановили ідентичні системи, що складаються з GPS-приймача й цезієвого атомного годинника.

У вересні фізики опублікували перші дані, отримані за допомогою нових систем. У підготовленій ними статті було розраховано два пов'язані між собою параметри: δt (різницю часів проходження 730-кілометрової відстані, один із яких обчислюється для світла у вакуумі, а інший — вимірюється експериментально для ν_μ) і (v – с)/с, відносну різницю швидкостей мюонного нейтрино та світла у вакуумі. Величина δt виявилася рівною 60,7 ± 6,9 (стат.) ± 7,4 (сист.) нс, а (v – с)/с — [2,48 ± 0,28 (стат.) ± 0,30 (сист.)]•10^–5; оскільки ці значення додатні, нейтрино мають випереджати світло.

Два місяці, що минули від публікації, дослідники витратили на перевірку даних, відкинувши близько 5% із зареєстрованих детектором OPERA 16 111 подій, які враховувалися під час обчислення δt. Виключені «ненадійні» випадки взаємодії нейтрино, як стверджується, могли спотворювати результати, збільшуючи розрахункову швидкість ν_μ. По-друге, експериментатори заново розглянули відомі джерела похибок та оцінили їхній внесок у загальну похибку. По-третє, вони уточнили величину величезної — мікросекундної — затримки інструментального характеру, на тлі якої в досліді визначається наносекундна різниця часів.

Після внесення потрібних поправок значення δt знизилося до 57,8 ± 7,8 (стат.) ^+8,3_–5,9 (сист.) нс, а (v – с)/с — до [2,37 ± 0,32 (стат.) ^+0,34_–0,24 (сист.)]•10^–5. Як бачимо, «старі» й «нові» результати практично не відрізняються.

Порядок виведення протонів на мішень у новій серії вимірювань і структура одного з протонних імпульсів (ілюстрація OPERA Collaboration).

До доповненої та переробленої статті, яку готують до публікації в Journal of High Energy Physics, також входить звіт про додаткову серію вимірювань, виконаних за зміненою методикою. Перший варіант методики багато хто, зазначимо, критикував за те, що тривалість кожного сеансу виведення протонів на мішень становила аж 10,5 мкс, і визначити точний час народження кожного нейтрино, що провзаємодіяло в детекторі, було принципово неможливо. Унаслідок цього вченим доводилося працювати з сукупністю подій, зафіксованих OPERA, а не з кожною окремо: виміряний розподіл моментів реєстрації багатьох ν_μ порівнювали з очікуваним розподілом.

У зміненому варіанті досліду протони виводилися на мішень імпульсами тривалістю лише 3 нс, проміжки між якими становили 524 нс. Це дало змогу пов'язати виявлені детектором нейтрино з конкретними імпульсами, спростити схему розрахунку й позбутися помилок, які могла спричиняти початкова методика.

Робота в новому режимі формування пучка нейтрино тривала з 22 жовтня до 6 листопада. За два тижні на мішень потрапило близько 4•10¹⁶ протонів, детектор зареєстрував 35 подій, а відбір пройшли лише 20 із них. За цими двадцятьма експериментальними точками й розрахували величину δt = 62,1 ± 3,7 нс, яка добре узгоджується із зазначеними вище.

Тепер фізикам залишається лише чекати підтвердження (або спростування) даних OPERA у спорідненому експерименті MINOS. Представники колаборації MINOS уже заявили, що планують удосконалити використовувану систему відліку й синхронізації часу та, можливо, завершать попередню перевірку результатів, отриманих їхніми колегами, на початку наступного року.

Результати вимірювань, проведених за зміненою методикою. Середню величину δt позначено червоним. (Ілюстрація OPERA Collaboration.)

Підготовлено за матеріалами Physicsworld.Com.

Лише зареєстровані користувачі можуть залишати коментарі. Увійдіть або зареєструйтеся.