中微子速度挑戰相對論

歐洲核子中心前不久的一則「超光速中微子」新聞在全球科學界引發廣泛爭議。據報道,該中心從位於日內瓦附近的實驗室發送中微子束至730公里之外的義大利格蘭薩索國家實驗室,結果發現,中微子比光早60納秒(1納秒等於十億分之一秒)到達目的地,而實驗誤差不會超過10納秒。該中心稱,已經考慮到可以導致誤差的所有可能,幾百名科學家一起經過數月的反覆試驗仍然得出相同的結論。

消息一出,全球科學界立即產生強烈反響、甚至部分質疑。主要疑點集中在實驗是否存在「計算錯誤」和「系統誤差」上。按照歐洲核子中心的解釋,上述實驗利用了先進的衛星定位系統和原子時鐘來計算中微子束飛行的距離和時間。而對「系統誤差」的疑問上,該中心在實驗論文報告中公布了「系統誤差」的估算,邀請全球物理學界幫助核查。

參加歐洲核子研究中心相關實驗工作的北京大學錢思進教授介紹說,目前能夠進行上述科研項目的實驗室主要是歐洲核子中心(CERN)、美國費米國家加速器實驗室(FNAL)和日本高能加速器研究機構(KEK);美國費米實驗室進行的國際合作項目「MINOS」實驗早在2007年就觀測到了類似的「中微子超光速」現象,但由於該實驗對結果估算的誤差較大,導致可信度低;歐洲核子中心和義大利格蘭薩索國家實驗室的科學家在實驗操作上進行了更加認真仔細的「排除誤差」的考量。據了解,目前類似實驗很難在其他國家予以重複驗證,因為日本的實驗室已遭受海嘯重創,費米實驗室現在無法達到歐洲核子中心的實驗精度。

作為當前科學界了解最晚、最少的基本粒子,中微子不帶電,可以穿透任何物質。它難以捕捉和探測,因而也被稱為宇宙的「隱身人」。組成自然界的12個基本粒子中有3種中微子,分別為陶子中微子、繆子中微子和電子中微子。據了解,歐洲核子中心進行的此次「中微子束實驗」旨在測量中微子的質量和驗證3種不同的中微子之間是否可以發生相互轉換的現象,科研人員從實驗室向義大利格蘭薩索國家實驗室發送了「繆子中微子」束流,但這一試驗過程繼美國費米實驗室之後卻再次得出了「挑戰光速」的驚人發現。

愛因斯坦相對論被譽為「現代物理學的基石」。理論認為,真空中的光速是宇宙中最快的速度。而歐洲核子中心的上述發現無疑將挑戰現代物理學的權威理論。針對這一難解之謎,該中心主管科研的負責人賽日歐·貝道盧奇表示,當科學研究有了新發現,但又無法對之解釋時,重要的是要把這一疑問公佈於眾,號召全球科學界通過獨立的科研手段來嘗試回答這一問題。

錢思進教授認同賽日歐·貝道盧奇的觀點,呼籲全球應該客觀看待實驗物理學這一學科。他表示,實驗物理學家的主要工作之一在於用正確的方法得出實驗結果,任何出乎意料的實驗結果有時需要更多的理論和實驗物理學家一起來探討和詮釋。另外,浩渺宇宙神秘莫測,人類遠沒有窮盡對宇宙的了解,歐洲核子中心的新發現並未否定愛因斯坦的全部理論。重要的是,科學界應該從理性的學術角度來審視這一現象,幫助和啟發該中心以共同解答這一疑問。

據了解,歐洲核子中心公布這一新聞,旨在讓全球科學家來「挑錯」和呼籲他們進行獨立的實驗驗證結果。除了研究反物質屬性、尋找賦予基本粒子質量的「上帝粒子」之外,研究中微子的特性也屬於該中心科研項目的三大重點之一。

(本報日內瓦9月28日電本報駐日內瓦記者宋斌)