про скорость света
Тёма попросил в виде "заказного поста" прокомментировать недавно опубликованный результат эксперимента OPERA по измерению скорости нейтрино. Тёминым просьбам отказывать не принято, поэтому вот.
Концептуально этот эксперимент устроен следующим образом. Пучок протонов из SPS (это предускоритель перед LHC) в CERN'е время от времени направляют на фиксированную мишень. Из рождающихся при столкновении вторичных частиц отбирают мюоны, летящие в нужном направлении. Нужное направление смотрит сквозь землю в сторону детектора, находящегося за несколько сотен километров в некой подземной лаборатории в Италии. Мюоны при распаде рождают мюонные нейтрино, которые летят в заданном направлении, слабо взаимодействуя с чем-либо по пути, и время от времени регистрируются дальним детектором.
Основной задачей этого эксперимента является измерение вероятности мюонному нейтрино превратиться по дороге в электронное, из чего можно делать выводы о массе нейтрино. Но в качестве бонуса можно заодно и скорость измерить, поделив расстояние на время. И вот результат этого деления у них оказался статистически значимо отличен от скорости света, причём в бОльшую сторону. По этому поводу у всех интересующихся возникает вопрос о том, что это означает.
Средства манипуляции обществом массовой информации, как и всегда в подобных случаях, берут быка за рога и сразу говорят об опровержении теории относительности. При этом всякие мелочи вроде принципа экономии мышления, разумеется, игнорируются. В профессиональной же среде прежде чем заявлять о революционном открытии принято выяснить возможные источники неучтённой систематики. Собственно участники этого эксперимента поступили вполне корректно: они несколько месяцев пытались понять, где они могли накосячить, а когда идеи по этому поводу у них закончились, опубликовали всё как есть в надежде вызвать свежие мысли у более широкого круга коллег. При этом в статье они чётко дают понять, что воздерживаются от каких-либо попыток физической интерпретации своего результата.
Сложностей там масса, на самом деле. Во-первых, там нет чёткого "начала" и "конца" пучка: они оперируют распределениями, которые возникают из статистически большого числа событий. Размеры этих распределений сравнимы с масштабом итогового "опережения", а форма их отчасти получается моделированием: если в модели окажутся неточности, можно представить, как их шесть сигма уполовинится, а это уже вполне так катит на обычную флуктуацию. Потом у них довольно нетривиально устроены как процедура синхронизации времени между двумя географически разнесёнными кусками установки, так и способ измерения расстояния. Я не берусь судить, насколько аккуратно они действительно всё учли, но из собственного опыта знаю, что timing сигнала можно легко сфакапить и в значительно более простой ситуации, когда ускоритель и детектор находятся рядом и синхронизуются "по проводам", а не с помощью GPS сигнала. Причём в некоторых случаях далеко не сразу становится очевидно, что факап таки произошёл.
Разумеется, было бы неплохо измерить то же самое в другом месте. В Fermilab'е есть похожий эксперимент, но он пока менее чувствителен. Вроде они собираются upgrade'иться и после upgrade'а смогут получить сравнимую точность. Но это случится ещё не скоро, если случится.
Но даже если выяснится, что у этих людей всё сделано правильно, и они действительно видят эффект, это будет означать какую-нибудь новую физику вроде компактных дополнительных измерений, но никак не отмену теории относительности. Существование и постоянство максимальной скорости является настолько базовым в понимании мира человечеством фактом, что отказ от него с необходимостью повлечёт пересмотр всех наших физических представлений от классической электродинамики до Стандартной модели. А поскольку представления эти подтверждены огромным количеством экспериментов (часть из которых, кстати, выполнена со значительно большей точностью, чем обсуждаемый результат), такой пересмотр исключительно маловероятен.