2012 元月號

第七十五期電子報  出刊日期:1010117   

 

 


 

微中子並沒有超光速

超越光速的粒子?物理學家說,其實沒那麼快。  

 

如果你漏掉這則新聞,那我來告訴你。2011年9月,有個物理團隊發表了一份報告,表示微中子這種次原子粒子有可能違反愛因斯坦狹義相對論所設定的光速極限。參與「微中子振盪感光追蹤儀」(Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus, OPERA)實驗的研究人員表示,他們從瑞士日內瓦附近的歐洲核子研究組織(CERN)朝義大利拉奎拉地底的格蘭沙索國家實驗室發射微中子束,根據他們的計算,微中子抵達目的地的時間,比光速還快了60奈秒。

 

其他專家對此發出強烈警告,要求確認實驗數據是否精確,尤其先前實驗所獲得的結果是微中子的確遵守光速極限。9月29日,美國波士頓大學的科恩(Andrew Cohen)與格拉肖(Sheldon Glashow)在網路上發表了一篇簡要的論文,計算出微中子只要超過光速,便會放射出速度較慢的粒子,接著便喪失能量,並在後頭留下一道較慢粒子的軌跡,這些粒子則會由地殼吸收。這道軌跡就像是超音速噴射機呼嘯而過之後,在身後留下的音爆。

 

不過,在義大利格蘭沙索國家實驗室所偵測到的微中子能量,卻跟剛從CERN發出的微中子差不多,科恩和格拉肖因而對於所測得的速度真實性感到懷疑。科恩解釋道:「當所有粒子具有同樣的最高速度,一個粒子就不可能因為放射出另一個粒子而喪失能量。但倘若這些粒子所擁有的最高速度並不相同,那麼這種情況就有可能發生。」

 

這類效應其實並不陌生,當電子以較高速(光速)行進,而光本身則因為通過水或空氣之類的介質而慢下來時,也會出現類似情況。此時電子在該介質中的速度,會比光子在相同介質中所能達到的最高速度還快,電子這時會發射出光子而喪失能量。不同速度極限的粒子之間傳遞能量的現象,稱為之切侖科夫輻射,正是這種效應讓核能電廠的反應爐發射出偏藍的光。

 

就微中子的例子而言,根據科恩和格拉肖的計算,微中子的尾波應該主要是由電子與正子這樣的物質和反物質對所組成。更重要的是,由於電子–正子對的產生率,一個超光速微中子從CERN飛行到格蘭沙索時,會損失大部份能量。何況,這些粒子的起始速度可能也不是超光速。

 

美國亞利桑那州立大學的理論物理學家克勞斯(Lawrence M. Krauss)說:「這篇論文解答了一切,是一篇非常出色的論文。」所以,最後還是愛因斯坦對囉?既然愛因斯坦的相對論可以取代牛頓物理學,而物理學家自然也會竭盡所能想找愛因斯坦理論的碴。的確,科恩也說:「我們從未停止檢驗自己想法,即便是那些已經根基穩固的理論。」

撰文╱卡司塔維奇(Davide Castelvecchi)

翻譯/宋宜真

 

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2012年第119期1月號】

 


 

活動訊息_圖示


 

大學物理線上影音

 

中山大學:

http://www.youtube.com/user/skysleep?feature=watch

中央大學:

http://www.youtube.com/user/NCUDEMO/featured

交通大學:

http://www.youtube.com/user/nctu?feature=watch

臺灣大學:

http://www.youtube.com/user/NTUCASE?feature=watch

 


第十一屆「腦與教育研習營」

腦與教育

有興趣者下次可提早報名

 

 

物理學科中心網址: http://physical.tcfsh.tc.edu.tw/physical/index.html
聯絡電話:(04)22226081轉811          聯絡信箱:physics@tcfsh.tc.edu.tw
聯絡人: 王昭富   蔡沛霖