计算错误还是物理革命 超光速中微子引广泛争议

2011-9-28 12:55 来源: 新华网
收藏到BLOG

  比光跑得还快的中微子?本月早些时候意大利研究人员报告的这个消息一旦验证,爱因斯坦的相对论乃至整个现代物理的基石都将遭到严峻挑战。

  然而,对这一“颠覆性发现”,包括英国著名物理学家史蒂芬·霍金、诺贝尔物理学奖得主丁肇中等在内的多数科学家持谨慎怀疑态度。一些科学家认为,相关研究出现了误差或计算错误,也有人认为可能忽略了某些因素。

  超光速”源于计算错误?

  所谓中微子,是指一种不带电的基本粒子。它具有最强的穿透力,可以像“幽灵”一样穿透任何物质。由于中微子难以捕捉和探测,因而也被称为宇宙的“隐身人”。它是目前科学界了解最晚、最少的基本粒子。 

  英国《自然》杂志9月22日报道说,意大利格兰萨索国家实验室下属的一个名为“OPERA”的实验装置接收了来自著名的欧洲核子研究中心的中微子,两地相距730公里,中微子跑过这段距离的时间比光速还快了60纳秒(1纳秒等于10亿分之一秒)。

  这个消息虽然引起轰动,但科学家透露,类似的现象并非首次出现。英国伦敦大学学院教授珍妮·托马斯教授对英国《每日电讯报》说,在美国费米实验室进行的国际合作项目“MINOS”实验早在2007年就观测到了类似的“中微子超光速”现象。

  “当我听到欧洲核子研究中心的实验结果时,我的第一反应也是他们错了,可能存在某些他们还没有考虑到的事情,”托马斯教授表示。托马斯是“MINOS”项目的发言人,而“MINOS”是世界上少数几个有能力重复欧洲本次实验的地方之一。

  托马斯说,“MINOS”项目科学家几年前观测到类似现象时,认为可能是由于某些方面的误差引起,而宣布本次研究结果的科学家应该认真细致地考虑了各种因素,但仍然可能存在他们还没有考虑到的地方。她说,“MINOS”可能会在6个月内进行相关实验,看能否验证这一现象。

  “难以发现的系统性错误”?

  中微子超光速的消息引起学界震动,多数科学家对此发现表示怀疑,并认为欧洲核子研究中心的实验可能出现了计算错误。英国著名物理学家霍金说:“目前对中微子发表评论言之过早,还须进行更多实验及澄清工作。”

  诺贝尔物理学奖得主、麻省理工学院教授丁肇中常年在欧洲核子研究中心从事磁谱仪数据分析工作。他对新华社记者说:“这是一个极其困难的实验,只有经过很多不同的方法重复这个实验,才能使人对这个实验有信心。这种困难的实验,外人很难看出和了解它的细节。”

  诺贝尔物理学奖得主、得克萨斯大学奥斯汀分校理论物理学家史蒂芬·温伯格对《科学美国人》说:“我还没有看到任何科学文章描述这项工作。令我困扰的是——大量证据表明各种各样的其他粒子的速度从未超越过光速,而观测中微子极为困难。这就好比一些人说他家花园下面有小精灵而只能在雾蒙蒙的黑夜才能看到。”

  德国电子同步加速器研究中心研究人员克里斯蒂安·施皮林说,发现超光速中微子的消息公布时,他正和大约100名中微子专家一同开会,“我的同事十分怀疑这一结论,毕竟相对论已在无数实验中得到证实。” 

  施皮林解释说,他并不是说相对论就一定对,“但我非常、非常、非常确信,测量数据里存在迄今尚未发现的系统性错误”。

  一些物理学家甚至认为“OPERA”项目研究人员不应过早地公布测量数据,而是应该先自查疏漏,因为轻易公开不确凿的数据可能损害物理学界的信用。

  美国亚利桑那州立大学理论物理学家劳伦斯·克劳斯认为这是件“令人尴尬之事”。他说,提交一项有关无法解释结果的论文并非不合理,“不过,在论文提交前就这项极不可能正确的结果举行新闻发布会,对欧洲核子研究中心、对科学都很不幸。如果被证明是错误的,每个人都会失去信用。”

  “本世纪物理学的革命”? 

  不过,如果中微子超光速现象最终得到验证,整个物理学理论体系或许会因之重建。

  美国威斯康星大学麦迪逊分销中微子物理学家卡斯滕·黑格说:“我们很多人可以说都被震惊了。这是非同寻常的结果,如果结果正确的话,我们甚至不能想出其所有意义。我们所知和教育的现代物理都基于爱因斯坦的狭义和广义相对论。如果意大利研究人员的成果是真实的,那么我认为这将是本世纪物理学的革命。”

  对外界的种种争议,欧洲核子研究中心中微子项目研究小组成员、日本名古屋大学副教授小松雅宏26日在为此召开的记者会上说,实验的目的本来是为了测量中微子的质量,而不是中微子的速度,此次成果不过是一个副产品。

  “如果因为(测量结果)与常识不一致,就不公布结果,不是研究人员应有的正确态度。”他说:“一直尝试采取各种手段,想否定这一结果,但是最后无论如何都会有60纳秒的时间差。”

  同样参加了研究小组的名古屋大学副教授中村光宏也表示,“一开始认为肯定是搞错了”,因此他们从今年3月开始约半年时间里,重复进行了实验。他说:“思考相对论时,确实应该如临深渊,不过也有让人纠结的地方,但是我相信此次成果是正确的。”