Neutrini superluminiciVă prezentăm în continuare un interviu cu dl.conf.dr. Liviu GIURGIU, Facultatea de Fizică din cadrul Universităţii din Bucureşti, care îşi prezintă punctul de vedere privind rezultatele proiectului OPERA referitoare la neutrinii superluminici.

 

 



Reporter: Recent, cercetătorii din cadrul experimentului OPERA au făcut anunţul surprinzător pentru comunitatea ştiinţifică că măsurătorile efectuate în colaborare cu CERN au indicat că neutrinii se deplasează cu viteze mai mari decât viteza luminii. Cum aţi primit dvs şi colegii de la Facultatea de Fizică a Universităţii din Bucureşti rezultatele anunţate? Cu entuziasm, cu scepticism, cu speranţă într-o revoluţionare a fizicii?


Conf. dr. Liviu Giurgiu: Atât eu, cât şi colegii din Departamentul de Electricitate cu care am discutat am privit cu un interes rezervat rezultatul măsurării vitezei neutrinilor de către echipa OPERA. Aceasta nu înseamnă că experimentul nu este important. Dimpotrivă, măsurarea dependenței vitezei neutrinilor în funcție de energia lor este esențială pentru o mai bună înțelegere a fizicii energiilor înalte. În cele ce urmează, vă voi prezenta doar opinia mea personală, care nu angajează cu nimic nici Facultatea de Fizică, nici Departamentul de Electricitate.

 

 



Reporter: Spuneţi-ne, pentru început, mai multe despre neutrini, aceste particule elementare despre care se bănuia încă mai demult că s-ar putea deplasa cu viteze mai mari decât viteza luminii. De ce neutrinii ar încălca una dintre constantele fundamentale ale fizicii moderne?

Conf. dr. Liviu Giurgiu: Neutrinii au fost prezişi teoretic în anul 1930 de către fizicianul Wolfgang Pauli pentru a explica unele aspecte problematice ale dezintegrării β. Au fost descoperiţi experimental mult mai târziu, datorită faptului că interacționează extrem de slab cu materia. Neutrinii trec prin corpurile solide la fel de uşor (sau chiar mai uşor) ca lumina printr-o sticlă optică. Recent s-a descoperit că au masă de repaus, extrem de mică, dar nenulă. De fapt, sunt cel puțin 3 tipuri diferite de neutrini. Informații detaliate despre neutrini puteți obține de la Grupul de Fizică Nucleară din Facultatea de Fizică.

Oricum am privi lucrurile, neutrinii nu încalcă nimic. Aceasta, deoarece constantele fundamentale ale fizicii moderne sunt… constante (fundamentale ale naturii). Nu depind de om. Nici de evoluția ştiințelor, în general, respectiv a fizicii, în particular.

Aici trebuie punctat faptul că în zilele 17 – 21 octombrie 2011 a avut loc la Paris probabil unul dintre cele mai importante evenimente metrologice ale secolului XXI, cu impact major în cunoaşterea ştiințifică: a 24-a Conferință Generală de Măsuri şi Greutăți. Pentru prima dată de la crearea sa, Sistemul Internaţional de Unități (SI) s-a eliberat complet de ultimele elemente de structură antropomorfică: astfel, toate unitățile de măsură în SI se definesc pe baza unui set de 6 constante fizice fundamentale (frecvența de tranziție între cele 2 nivele de structură hiperfină ale stării fundamentale a atomului de 133Cs este exact  9 192 631 770 Hz; viteza luminii în vid „c” este exact 299 792 458 m/s; constanta lui Planck h = 6,626 06X ×10–34 J.s; sarcina electrică elementară e = 1,602 17X ×10–19 C; constanta lui Boltzmann „k” este exact  1,380 6X ×1023 J/K; constanta lui Avogadro „NA” este exact 6,022 14X ×1023 mol-1).

De asemenea, trebuie amintit că, în ultimul  deceniu, studenții ciclurilor de master ale Facultății de Fizică din Universitatea din Bucureşti, atât pre-Bologna, cât şi Bologna, (secțiile de Fizică Electronică şi Metrologie, Materiale Avansate şi Nanostructuri pentru Electronică şi Optoelectronică, Fizică Informatică) au fost şi sunt pregătiți pentru a face față acestei formidabile provocări.

Reporter: Care a fost  miza experimentului OPERA? Ne puteţi da câteva detalii despre modul în care au fost făcute măsurătorile?

Conf. dr. Liviu Giurgiu: Experimentul OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) a avut ca scop principal studiul „instabilității” neutrinilor miu de mare energie produşi la acceleratorul de particule de la CERN. Observarea cu succes în laboratorul subteran de la Gran Sasso a neutrinilor tau reprezintă dovada experimentală a conversiei directe a unui tip de neutrini în alt tip. Acest rezultat este extrem de important atât pentru fizica neutrinilor în special, cât şi pentru fizica energiilor înalte în general.

Un al doilea rezultat al experimentului OPERA este măsurarea vitezei neutrinilor prin măsurarea timpului parcurs de aceştia între cele două laboratoare. Măsurarea timpului s-a efectuat pe baza a două etaloane atomice de frecvență cu Cs, de proveniență comercială. Atât pentru sincronizarea ceasurilor locale, cât şi pentru măsurarea distanței  dintre laboratoare a fost utilizat sistemul GPS. Rezultatul, publicat la data de 22 septembrie 2011, este surprinzător: viteza neutrinilor depăşea viteza luminii în vid.

Reporter: Mulţi fizicieni de renume din comunitatea ştiinţifică internaţională şi-au exprimat scepticismul în legătură cu acurateţea rezultatelor şi au cerut reconfirmări ale experimentelor. Cât de sigur este rezultatul anunţat, în perspectiva dvs?

Conf. dr. Liviu Giurgiu: Dacă rezultatul anunțat ar fi corect, atunci lumina produsă de supernova SN1987A din Marele Nor al lui Magelan ar fi ajuns pe Terra în primăvara anului 1991 şi nu la data de 23 februarie 1987, cum s-a întâmplat de fapt. Cu doar câteva ore înainte de observarea semnalului luminos, un flux de neutrini proveniți de la supernovă a fost înregistrat simultan în două laboratoare terestre (Kamioka, Japonia şi IBM, SUA).

După părerea mea, comunicată colegilor imediat după anunțarea rezultatului  experimentului OPERA, atât erorile statistice, cât şi cele sistematice în măsurarea timpului şi a distanței dintre laboratoare au fost mult subestimate. Calculele ulterioare ale lui Ronald A. J. van Edburg (arXiv:1110.2685v1/12 Oct 2011) arată că sincronizarea prin GPS a ceasurilor necesită o corecție suplimentară de cca. 64 ns pentru timpul de zbor a neutrinilor. Cu această corecție, viteza neutrinilor din experimentul OPERA redevine inferioară vitezei luminii în vid.

Dacă echipa OPERA solicită şi Universitatea din Bucureşti dispune, Facultatea de Fizică poate pune gratuit la dispoziția echipei doi maseri cu hidrogen pentru a repeta măsurările cu o precizie superioară celei actuale. Desigur, cheltuielile de transport şi repunere în funcțiune vor trebui suportate din resursele proiectului OPERA.

Reporter: Există vreo explicaţie care ar putea fi dată, astfel încât acest rezultat să fie consistent cu teoria relativităţii restrânse şi cu legile fizicii aşa cum sunt ele gândite în prezent?

Conf. dr. Liviu Giurgiu: Am arătat mai sus că subestimarea erorilor de măsură este cauza rezultatului anunțat de echipa OPERA. O particulă materială cu masa nenulă nu poate nici măcar atinge viteza luminii în vid, conform principiului relativităţii restrânse. Doar pentru o undă electromagnetică, viteza de fază este întotdeauna superioară vitezei luminii în mediul în care se propagă.

Reporter: Care credeţi că sunt implicaţiile pe care această descoperire le va avea asupra viitorului fizicii? Va trebui rescrisă teoria relativităţii, vor trebui reconsiderate în profunzime legile fizicii?

Conf. dr. Liviu Giurgiu:
În orice caz, măsurările vor trebui reluate în cât mai multe laboratoare (pentru început, probabil în cadrul experimentelor MINOS, SuperKamiokande şi OPERA). Cu certitudine, principiul relativităţii restrânse rămâne valabil, iar teoria nu va fi rescrisă la scară mezoscopică sau macroscopică. Principiul cauzalității va fi şi în viitor un principiu fundamental al ştiințelor naturii. Principiul echivalenței va rămâne la baza oricărei teorii generalizate a gravitației. Legile fizicii, inclusiv teoriile dezvoltate pe baza principiului relativităţii restrânse vor fi la fel de valabile în viitor ca şi acum, cel puțin în domeniul energiilor mici şi medii. În final, trebuie subliniat faptul că înşişi autorii experimentului OPERA se delimitează în scris față de orice interpretări speculative şi de utilizarea de modele teoretice neconcludente pentru explicarea rezultatului surprinzător.

Reporter: Vă mulţumesc pentru explicaţiile dvs.

Dl. conf.dr.Liviu GIURGIU este cadru didactic la Departamentul de Electricitate, Corp Solid şi Biofizică al Facultăţii de Fizică din cadrul Universităţii din Bucureşti
Interviu realizat de Mircea Sava

 

 

Interviul este preluat de pe site-ul topub.unibuc.ro, cu acordul editorului.