O neutrínach sme sa dlho domnievali, že majú nulovú hmotnosť a pohybujú sa rýchlosťou svetla. Potom sa ukázalo, že sú schopné takzvaných oscilácií (premien na iné typy neutrín), a to je podľa všetkého možné len vtedy, ak je ich hmotnosť nenulová. To by znamenalo, že sa pohybujú rýchlosťou menšou ako je rýchlosť svetla. Nuž, ale pred mesiacom oznámili fyzici pracujúci na experimente OPERA, ktorý skúma práve oscilácie neutrín, že popri osciláciách odmerali aj rýchlosť týchto častíc. A tá im vyšla väčšia ako rýchlosť svetla. Takže ako to vlastne je? .kto sme, odkiaľ pochádzame, kam ideme?
Na tri hlboké otázky zo slávneho Gauguinovho obrazu dokážu hlavné postavy z OPERY odpovedať celkom jasne: „Sme neutrína, pochádzame z laboratória CERN vo Švajčiarsku a ideme do laboratória LNGS v Taliansku.“ Oveľa menej jasne a ochotne odpovedajú na inú otázku, ktorá možno nie je až taká hlboká, ale mnohých z nás trápi v určitých životných okamihoch oveľa viac, než tá Gauguinova trojica. Otázka znie: „Viete, akú rýchlosť sme vám namerali, pán vodič?“
Neutrína idú naozaj rýchlo. Zhruba 730-kilometrová cesta vnútrom Zeme im trvá o čosi viac ako dve milisekundy. Trochu zvláštne je, že neutrína sa tak strašne ponáhľajú zo Švajčiarska do Talianska (v súčasnej ekonomickej situácii by človek očakával skôr ponáhľanie sa opačným smerom), ale to nie je to najzvláštnejšie. Pozoruhodnejšie je, že sa ponáhľajú v pomerne hustom prostredí – nejdú cez nijaký tunel, naozaj prechádzajú zemským vnútrom. Neutrínam to však nevadí, pretože interagujú len minimálne so všetkým, čo im stojí v ceste. Pre ne teda nie je zemské vnútro nijaké husté prostredie, pre ne je to oveľa redšie prostredie, ako je pre nás vzduch.
Ale najzaujímavejšie na tých neutrínach nie je to, že idú rýchlo, ale to, že idú príliš rýchlo. Podľa meraní OPERY prekračujú povolenú rýchlosť iba o máličko, lenže akékoľvek prekročenie tejto rýchlosti je vo fyzike považované za mimoriadne závažné porušenie zákonov. Naše porozumenie elementárnym časticiam a všetkému, čo sa z nich skladá (vrátane nás samotných) je totiž založené na dvoch základných pilieroch: na kvantovej mechanike a na teórii relativity. Nuž, a v teórii relativity je rýchlosť svetla vo vákuu hraničnou rýchlosťou, ktorú nie je možné prekonať. Jej prekonanie by teda znamenalo, že naše predstavy o elementárnych časticiach a z nich zloženého sveta čaká veľmi podstatná rekonštrukcia.
Ak sú teda merania OPERY správne, potom ide o jeden z najväčších objavov v dejinách fyziky. Otázka je, či sú správne. Ak nie, potom máme namiesto skutočného objavu dočinenia s fantómovým objavom, z ktorého sa môže vykľuť poriadna hanba. .nezatloukat, nezatloukat, nezatloukat
Aby sme mohli zobrať informácie o nadsvetelenej rýchlosti neutrín vážne, musia sa výsledky z OPERY mnohonásobne preveriť a okrem toho potvrdiť aj inými nezávislými experimentmi. Kým sa tak nestane, sú reči o prekonaní rýchlosti svetla do značnej miery len nezáväznou konverzáciou. Máme tu síce náznak mimoriadneho javu, v skutočnosti sme sa však o rýchlosti neutrín ešte nič spoľahlivé nedozvedeli. Ale dozvedeli sme sa všeličo zaujímavé o fyzikoch.
V prvom rade sme zistili, že aj v dnešnej „dobe mediálnej“ dokážu byť fyzici rozumne zdržanliví. Výsledky z OPERY neoznámili ako bombastickú senzáciu, ale ako predbežný výsledok, ktorý potrebuje preverenie z mnohých rôznych uhlov pohľadu. O toto preverenie pritom požiadali jednak iné laboratóriá a jednak širokú fyzikálnu verejnosť, od ktorej očakávajú nápady týkajúce sa možných zdrojov systematických experimentálnych chýb. Toto vyzerá na férovú a otvorenú hru, v celkom opačnom duchu ako známe plzákovské „zatloukat, zatloukat, zatloukat“. Ale zas až taká otvorená hra to nie je. Experimentátori nezverejnili všetky svoje postupy a namerané dáta. Tie si nechávajú pre seba a nikto iný presne nevie, ktoré potenciálne signifikantné efekty zobrali do úvahy a ktoré nie.
Takéto tajnostkárstvo je v časticovej experimentálnej fyzike celkom bežné. Experimentátori majú pocit, že ak niekoľko sto ľudí pracuje mnoho rokov na nejakom experimente, tak výsledky meraní patria im. Ak by mali k výsledkom prístup všetci, mohlo by sa im stať, že niekto si všimne v dátach zaujímavý efekt, ktorý oni prehliadli, a ešte by za to tento „cudzinec“ nebodaj dostal Nobelovu cenu. Tak to zas nie, vravia si experimentátori.
Medzi ľuďmi pracujúcimi vo veľkých laboratóriách sa nájde len málo takých, ktorí hovoria to, čo slovenský fyzik Vlado Černý (ktorý sa podieľa na jednom experimente v CERN-e): Ak sú fyzici a ich prístroje platené z peňazí daňových poplatníkov, majú byť všetky namerané dáta aj spôsob ich spracovania verejne prístupné. Vlado má, samozrejme, pravdu. Nikoho to však, samozrejme, nevzrušuje.
Čiastočne otvorená hra experimentátorov z OPERY teda nie je niečo, čo by si zaslúžilo zlatú medailu fair play, ale je to aspoň krok správnym smerom. A je celkom dobre možné, že už aj to bude stačiť k rýchlejšiemu nájdeniu fantóma v OPERE. .mamma mia
Väčšina fyzikov si totiž myslí, že chyba, fantóm, či zakopaný pes sa v OPERE skôr či neskôr nájde. Aj keď časť teoretikov sa okamžite vrhla do roboty a pokúšajú sa nájsť vysvetlenie nadsvetelnej rýchlosti neutrín v rámci nejakej novej teórie elementránych častíc. Pokušenie prísť ako prvý s vysvetlením takého významného javu je príliš lákavé. Ak ten jav naozaj existuje, stanete sa okamžite kandidátom na Nobelovu cenu. A ak nie, nikto si to už po pár mesiacoch nebude pamätať.
Väčšina fyzikov však výsledkom z OPERY neverí. Napríklad nositeľ Nobelovej ceny Sheldon Glashow napísal spolu s kolegom Andrewom Cohenom už po týždni článok, v ktorom konštatujú, že experiment OPERA je takmer určite chybný. Glashow s Cohenom totiž vypočítali, že ak by sa neutrína pohybovali tak rýchlo, potom by museli v dôsledku takzvaného Čerenkovovho žiarenia strácať energiu spôsobom, ktorý by samotná OPERA musela odhaliť (a neodhalila).
Tento článok však v skutočnosti neukazuje vôbec nič. Respektíve ukazuje len to, že aj nositeľ Nobelovej ceny môže písať bezcenné články. Ak by totiž neutrína naozaj mali nadsvetelnú rýchlosť, potom je teória, v rámci ktorej robili Glashow a Cohen svoje výpočty, zjavne neúplná. Nuž, ale výpočty v neúplnej teórii sú irelevantné pre posudzovanie javu, ktorý daná teória vôbec nepostihuje.
V tejto sérii sme často spomínali skvelých laureátov Nobelovej ceny, a preto má možno zmysel zastaviť sa na jej konci aj pri jednom z tých menej skvelých. O Glashowovi sa hovorí, že má Nobelovu cenu spolu s Weinbergom a Salamom za teóriu, ktorú vypracovali Weinberg a Salam. Glashowov podiel na tejto teórii je v porovnaní s ďalšími dvoma minimálny, ale dokázal si to nejako zariadiť.
Glashow pritom nie je nijaké béčko, je to naozaj významný fyzik. Ale nie je to príliš hlboký mysliteľ.
V skutočnosti je Glashow zrejme nielen nedostatočne hlboký, ale – prinajmenšom v niektorých ohľadoch – vyslovene plytký človek. Autor tohto článku bol pred dvadsiatimi rokmi na letnej škole z časticovej fyziky v sicílskom Erice, kde bol Glashow jedným z prednášajúcich. Počas prechádzky po nádhernom sicílskom mestečku povedal Glashow skupinke mladých fyzikov, v ktorej boli aj nejakí Taliani, takýto vtip:
Jeden chlapík sa rozhodol, že chce byť Poliak. Tak išiel k doktorovi a ten mu povedal, že Poliaci majú o tretinu menší mozog, takže by mu musel vyoperovať tretinu mozgu. Ale chlapík trval na tom, že chce byť Poliak, a tak sa operácia uskutočnila. Po prebratí z narkózy sa pacient od doktora dozvedel, že prišlo k chybe a že mu vyoperovali až polovicu mozgu. Jeho prvá reakcia bola: „Ó, mamma mia.“
Bolo by zrejme unáhlené vyvodiť z toho záver, že aj nositeľ Nobelovej ceny za fyziku môže byť idiot. Ale môžeme brať ako experimentálny fakt, že aj takýto človek je schopný hovoriť idiotské vtipy.
Na tri hlboké otázky zo slávneho Gauguinovho obrazu dokážu hlavné postavy z OPERY odpovedať celkom jasne: „Sme neutrína, pochádzame z laboratória CERN vo Švajčiarsku a ideme do laboratória LNGS v Taliansku.“ Oveľa menej jasne a ochotne odpovedajú na inú otázku, ktorá možno nie je až taká hlboká, ale mnohých z nás trápi v určitých životných okamihoch oveľa viac, než tá Gauguinova trojica. Otázka znie: „Viete, akú rýchlosť sme vám namerali, pán vodič?“
Neutrína idú naozaj rýchlo. Zhruba 730-kilometrová cesta vnútrom Zeme im trvá o čosi viac ako dve milisekundy. Trochu zvláštne je, že neutrína sa tak strašne ponáhľajú zo Švajčiarska do Talianska (v súčasnej ekonomickej situácii by človek očakával skôr ponáhľanie sa opačným smerom), ale to nie je to najzvláštnejšie. Pozoruhodnejšie je, že sa ponáhľajú v pomerne hustom prostredí – nejdú cez nijaký tunel, naozaj prechádzajú zemským vnútrom. Neutrínam to však nevadí, pretože interagujú len minimálne so všetkým, čo im stojí v ceste. Pre ne teda nie je zemské vnútro nijaké husté prostredie, pre ne je to oveľa redšie prostredie, ako je pre nás vzduch.
Ale najzaujímavejšie na tých neutrínach nie je to, že idú rýchlo, ale to, že idú príliš rýchlo. Podľa meraní OPERY prekračujú povolenú rýchlosť iba o máličko, lenže akékoľvek prekročenie tejto rýchlosti je vo fyzike považované za mimoriadne závažné porušenie zákonov. Naše porozumenie elementárnym časticiam a všetkému, čo sa z nich skladá (vrátane nás samotných) je totiž založené na dvoch základných pilieroch: na kvantovej mechanike a na teórii relativity. Nuž, a v teórii relativity je rýchlosť svetla vo vákuu hraničnou rýchlosťou, ktorú nie je možné prekonať. Jej prekonanie by teda znamenalo, že naše predstavy o elementárnych časticiach a z nich zloženého sveta čaká veľmi podstatná rekonštrukcia.
Ak sú teda merania OPERY správne, potom ide o jeden z najväčších objavov v dejinách fyziky. Otázka je, či sú správne. Ak nie, potom máme namiesto skutočného objavu dočinenia s fantómovým objavom, z ktorého sa môže vykľuť poriadna hanba. .nezatloukat, nezatloukat, nezatloukat
Aby sme mohli zobrať informácie o nadsvetelenej rýchlosti neutrín vážne, musia sa výsledky z OPERY mnohonásobne preveriť a okrem toho potvrdiť aj inými nezávislými experimentmi. Kým sa tak nestane, sú reči o prekonaní rýchlosti svetla do značnej miery len nezáväznou konverzáciou. Máme tu síce náznak mimoriadneho javu, v skutočnosti sme sa však o rýchlosti neutrín ešte nič spoľahlivé nedozvedeli. Ale dozvedeli sme sa všeličo zaujímavé o fyzikoch.
V prvom rade sme zistili, že aj v dnešnej „dobe mediálnej“ dokážu byť fyzici rozumne zdržanliví. Výsledky z OPERY neoznámili ako bombastickú senzáciu, ale ako predbežný výsledok, ktorý potrebuje preverenie z mnohých rôznych uhlov pohľadu. O toto preverenie pritom požiadali jednak iné laboratóriá a jednak širokú fyzikálnu verejnosť, od ktorej očakávajú nápady týkajúce sa možných zdrojov systematických experimentálnych chýb. Toto vyzerá na férovú a otvorenú hru, v celkom opačnom duchu ako známe plzákovské „zatloukat, zatloukat, zatloukat“. Ale zas až taká otvorená hra to nie je. Experimentátori nezverejnili všetky svoje postupy a namerané dáta. Tie si nechávajú pre seba a nikto iný presne nevie, ktoré potenciálne signifikantné efekty zobrali do úvahy a ktoré nie.
Takéto tajnostkárstvo je v časticovej experimentálnej fyzike celkom bežné. Experimentátori majú pocit, že ak niekoľko sto ľudí pracuje mnoho rokov na nejakom experimente, tak výsledky meraní patria im. Ak by mali k výsledkom prístup všetci, mohlo by sa im stať, že niekto si všimne v dátach zaujímavý efekt, ktorý oni prehliadli, a ešte by za to tento „cudzinec“ nebodaj dostal Nobelovu cenu. Tak to zas nie, vravia si experimentátori.
Medzi ľuďmi pracujúcimi vo veľkých laboratóriách sa nájde len málo takých, ktorí hovoria to, čo slovenský fyzik Vlado Černý (ktorý sa podieľa na jednom experimente v CERN-e): Ak sú fyzici a ich prístroje platené z peňazí daňových poplatníkov, majú byť všetky namerané dáta aj spôsob ich spracovania verejne prístupné. Vlado má, samozrejme, pravdu. Nikoho to však, samozrejme, nevzrušuje.
Čiastočne otvorená hra experimentátorov z OPERY teda nie je niečo, čo by si zaslúžilo zlatú medailu fair play, ale je to aspoň krok správnym smerom. A je celkom dobre možné, že už aj to bude stačiť k rýchlejšiemu nájdeniu fantóma v OPERE. .mamma mia
Väčšina fyzikov si totiž myslí, že chyba, fantóm, či zakopaný pes sa v OPERE skôr či neskôr nájde. Aj keď časť teoretikov sa okamžite vrhla do roboty a pokúšajú sa nájsť vysvetlenie nadsvetelnej rýchlosti neutrín v rámci nejakej novej teórie elementránych častíc. Pokušenie prísť ako prvý s vysvetlením takého významného javu je príliš lákavé. Ak ten jav naozaj existuje, stanete sa okamžite kandidátom na Nobelovu cenu. A ak nie, nikto si to už po pár mesiacoch nebude pamätať.
Väčšina fyzikov však výsledkom z OPERY neverí. Napríklad nositeľ Nobelovej ceny Sheldon Glashow napísal spolu s kolegom Andrewom Cohenom už po týždni článok, v ktorom konštatujú, že experiment OPERA je takmer určite chybný. Glashow s Cohenom totiž vypočítali, že ak by sa neutrína pohybovali tak rýchlo, potom by museli v dôsledku takzvaného Čerenkovovho žiarenia strácať energiu spôsobom, ktorý by samotná OPERA musela odhaliť (a neodhalila).
Tento článok však v skutočnosti neukazuje vôbec nič. Respektíve ukazuje len to, že aj nositeľ Nobelovej ceny môže písať bezcenné články. Ak by totiž neutrína naozaj mali nadsvetelnú rýchlosť, potom je teória, v rámci ktorej robili Glashow a Cohen svoje výpočty, zjavne neúplná. Nuž, ale výpočty v neúplnej teórii sú irelevantné pre posudzovanie javu, ktorý daná teória vôbec nepostihuje.
V tejto sérii sme často spomínali skvelých laureátov Nobelovej ceny, a preto má možno zmysel zastaviť sa na jej konci aj pri jednom z tých menej skvelých. O Glashowovi sa hovorí, že má Nobelovu cenu spolu s Weinbergom a Salamom za teóriu, ktorú vypracovali Weinberg a Salam. Glashowov podiel na tejto teórii je v porovnaní s ďalšími dvoma minimálny, ale dokázal si to nejako zariadiť.
Glashow pritom nie je nijaké béčko, je to naozaj významný fyzik. Ale nie je to príliš hlboký mysliteľ.
V skutočnosti je Glashow zrejme nielen nedostatočne hlboký, ale – prinajmenšom v niektorých ohľadoch – vyslovene plytký človek. Autor tohto článku bol pred dvadsiatimi rokmi na letnej škole z časticovej fyziky v sicílskom Erice, kde bol Glashow jedným z prednášajúcich. Počas prechádzky po nádhernom sicílskom mestečku povedal Glashow skupinke mladých fyzikov, v ktorej boli aj nejakí Taliani, takýto vtip:
Jeden chlapík sa rozhodol, že chce byť Poliak. Tak išiel k doktorovi a ten mu povedal, že Poliaci majú o tretinu menší mozog, takže by mu musel vyoperovať tretinu mozgu. Ale chlapík trval na tom, že chce byť Poliak, a tak sa operácia uskutočnila. Po prebratí z narkózy sa pacient od doktora dozvedel, že prišlo k chybe a že mu vyoperovali až polovicu mozgu. Jeho prvá reakcia bola: „Ó, mamma mia.“
Bolo by zrejme unáhlené vyvodiť z toho záver, že aj nositeľ Nobelovej ceny za fyziku môže byť idiot. Ale môžeme brať ako experimentálny fakt, že aj takýto človek je schopný hovoriť idiotské vtipy.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.