Fénynél gyorsabb neutrínók és a Kvantum-radar
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)
|