ذراتي که فيزيک سرشان نمي شود!

آزمايش جديد دانشمندان ايتاليايي، شواهدي را آشکار کرده است که نشان مي دهند ذراتي بنيادي به نام نوترينوها مي توانند سريع تر از نور حرکت کنند. البته ديگر دانشمندان به اين يافته ها با ترديد مي نگرند اما اگر اين نتايج طي بررسي هاي دقيق تر و سخت گيرانه تر نيز چنين باقي بمانند، آن گاه يکي از بينادي ترين قوانين فيزيک نوين را به چالش مي کشند؛ قانوني که مي گويد هيچ چيز نمي تواند سرعتي بيش از 458، 792، 299 متر بر ثانيه داشته باشد.
اين آزمايش، که اُپرا (OPERA) نام داشت و در عمق 1400 متري زير زمين در آزمايشگاه ملي گران ساسو در ايتاليا انجام شد، براي بررسي پرتوهاي نوترينوِ رسيده از آزمايشگاه سِرن - آزمايشگاه اصلي اروپا در حوزه ي فيزيک انرژي هاي بالا در نزديکي شهر ژنو سوييس - طراحي شده است. نوترينوها ذرات بنياديِ خنثي از نظر بار الکتريکي اند که به ندرت با مواد ديگر بر هم کنش دارند و جرم شان هم فوق العاده کم است. اما آن ها همه جا در اطراف ما حضور دارند؛ آن ها محصولات جانبي حاصل از هم جوشي هسته اي درون خورشيدند که در هر ثانيه چند ميليارد عدد از آن ها وارد بدن من و شما مي شوند.
آشکارساز 1800 تُني اُپرا آرايه اي پيچيده از صفحه هاي امولسيون الکترونيک و عکاسي است اما نتيجه ي آزمايش ساده است؛ نوترينوها 60 نانو ثانيه زودتر از آن چه که سرعت نور به آن ها اجازه مي داد رسيده بودند! دانشمندان شوکه شدند.
گران ساسو...
... بزرگ ترين آزمايشگاه زيرزميني دنيا است که در زمينه ي فيزيک ذرات، اختر فيزيک هسته اي فعاليت مي کند. اين آزمايشگاه 750 عضو از 22 کشور گوناگون دارد و در 120 کيلومتري شهر رُم است. ساختمان مرکزي گران ساسو بيرون قرار دارد اما امکانات آزمايشگاه در تونلي 10 کيلومتري زيرزمين قرار گرفته است که از ميان کوه گران ساسو مي گذرد. اين آزمايشگاه يک اتاق خدمات و 3 تالار بزرگ دارد که هر يک 100 متر طول، 20 متر عرض و 18 متر ارتفاع دارند و در کل 180 هزار متر مکعب فضا را اشغال کرده است. در حال حاضر اين آزمايشگاه درباره ي نوترينوها که در خورشيد يا از انفجار ابرنواخترها توليد مي شوند تحقيق مي کند.

شکست قانون
 

اين نظر که هيچ چيز نمي تواند در خلأ سريع تر از نور حرکت کند، يکي از بنيان هاي نظريه ي نسبيت خاص اينشتين - و آن هم يکي از بنيان هاي فيزيک نوين - است. اگر نوترينوها سريع تر از سرعت نور حرکت مي کنند، پس يکي از بنيادي ترين فرض هاي علم - که همه ي قوانين طبيعت براي همه ي ناظران يکسان است - از اعتبار مي افتد.
آنتونيو اِرِديتاتو، فيزيک دان دانشگاه برن سوييس و سخنگوي پروژه اي اپرا، مي گويد که آن قدر به نتايج اين آزمايش اعتماد دارد که آن ها را اعلام عمومي کند. پژوهشگران ادعا دارند که فاصله ي 730 کيلومتري ميان آزمايشگاه سرن و آشکارساز اُپرا را با دقت 20 سانتي متر اندازه گيري کرده اند و مي توانند زمان سفر نوترينوها در اين فاصله را تا 10 نانوثانيه بسنجند. آن ها اين رويداد استثنايي را در 16 هزار آزمايش انجام شده طي دو سال گذشته مشاهده کرده اند. بنابراين مطمئن اند که نتايج بسيار دقيق اند.
... سازمان تحقيقات هسته اي اروپايي يکي از بزرگ ترين مراکز تحقيقاتي علمي دنيا است. اين سازمان در مرز فرانسه و سوييس در نزديکي ژنو قرار دارد و از سال 1954/1333 فعاليت مي کند. ابزارهايي که در اين سازمان استفاده مي شوند شتابگر ذرات و آشکار کننده ي آن ها هستند. شتابگر، شعاعي از ذرات را با انرژي بسيار به حرکت درمي آورد و آشکار کننده برخورد ذرات به همديگر يا به هدف خاصي را ثبت مي کند. بيش از 20 کشور گوناگون در اين سازمان عضو هستند که يکي از اين کشورها ايران است.
دست کم يک آزمايش ديگر، قبلاً به نتيجه ي مشابهي رسيده بود البته با اعتمادپذيري کمتر. بسياري معتقدند که 4 دسته نوترينو از ابتداي عالم وجود داشته اند. سه دسته از آن ها از طريق نيروي ضعيف با ماده برهم کنش دارند و آشکار مي شوند اما نوترينوي نوع چهارم در برابر نيروي ضعيف نوعي ايمني دارد، يعني اين نيرو هيچ تأثيري بر آن ندارد. بسياري از دانشمندان مي خواهند اين نوع چهارم را آشکار کنند و آزمايش هاي بسياري انجام مي دهند. در سال 2007/1386 در آزمايش مينوس (MINOS) در مينه سوتا دانشمندان که براي يافتن اين نوع چهارم آزمايش مي کردند پس از بررسي نتايج آزمايش، مشاهده کردند که نوترينوهاي رسيده از آزمايشگاه فِرمي در ايلينوي کمي زودتر از برنامه ي مقرر به آشکارساز رسيدند. در آن زمان، گروه مينوس اين نتايج را ناديده گرفتند زيرا گمان مي کردند به سبب وجود ترديدهايي جدّي درباره ي مکان دقيق آشکارساز، نمي توان به نتايج آن اعتماد کرد. به همين علت پيش از نتيجه ي اخير اُپرا، بارها آزمايش هايي با دقت بيشتر انجام شد.

شک منطقي
 

اگر مينوس يافته اي اُپرا را تأييد کند نتايج عظيمي به بار مي آيد. آنتونيو زيچيچي، فيزيک دان نظري و استاد بازنشسته ي دانشگاه بولونيا مي گويد: «اگر از مطلق بودن سرعت نور بگذريم، ساختار نسبيت خاص فرو مي ريزد. شايد نوترينوها بتوانند با سرعتي فراتر از سرعت نور از ابعاد ديگر فضا بگذرند. اين دقيقاً همان چيزي است که نظريه هايي مانند نظريه ي ريسمان پيش بيني مي کنند.»
جان اِليس، فيزيک دان نظري سِرن، هم چنان به اين آزمايش شک دارد. او گمان مي کند پيش از اين هم آزمايش هاي بسياري انجام شده اند تا به جست و جوي ذراتي بپردازند که از نور سريع تر حرکت مي کنند اما هيچ يک به نتيجه نرسيده اند. بزرگ ترين دردسر براي اُپرا تحليل جداگانه اي از نوترينوها است که از ابرنواختر 1987A به زمين رسيدند. اگر همه ي نوترينوها مي توانند همان سرعتي را داشته باشند که اُپرا سنجيده است پس در پالس هاي نوترينوهايي که از اين ابرنواختر دريافت کرديم بايد چندين سال زودتر از نور ناشي از انفجار ستاره به ما مي رسيد اما در واقع نور انفجار و نوترينوها فقط با تفاوت چند ساعت به ما رسيدند. تطبيق دادن اين دو با هم بسيار دشوار است. اِرِديتاتو مي گويد: «ما شک و ترديد ديگران را مي پذيريم اما در نظر بگيريد که محققان هيچ توضيح ديگري براي نتيجه ي چشم گيرشان پيدا نکرده اند.»
اگرچه اين نتيجه بسياري از ايده ها و نظريه ها را بر هم مي ريزد اما مي تواند راه را براي خلق ايده هاي جديدتر باز کند و حتي مانعي از سر راه نظريه هاي ديگر بردارد. مثلاً هموار شدن راه اتحاد بزرگ گرانش و مکانيک کوانتومي مي تواند يکي از اين موارد باشد. همه ي اين ها به شرطي است که اين دستاورد علمي رد نشود.
منبع: نجوم شماره 211.