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中微子系超光速粒子可能性變大:具負能量

加拿大薩德伯里中微子探測器。近日一名退休的美國物理學教授發表論文,指出中微子很有可能實際上是一種超光速粒子。

北京時間12月30日消息,據物理學家組織網站報道,根據一篇已經被《天體粒子物理學》雜誌接受的論文,美國喬治梅森大學已退休的物理學家羅伯特·艾因里斯(Robert Ehrlich)聲稱中微子非常有可能是一種超光速粒子。事實上在此之前已經有過多次這樣的說法,其中最有名的便是在2011年,當時意大利的「OPERA」實驗室宣佈測得中微子的速度超過了光速。然而,當重新進行測定實驗之後,最初的結論被發現是錯誤的,出現失誤的原因竟然是實驗設備的一根線頭鬆動了。

而此番艾因里斯所提出的認為中微子速度可能超過光速的理論依據是基於一種比測速靈敏地多的方法,那就是測量它的質量。這一想法的基礎是認為超光速粒子擁有虛質量,也即質量的平方是一個負數。擁有虛質量的粒子會具有一種詭異的屬性,那就是它們會在加速的同時損失能量,而它們虛質量的值也正是由這一過程發生的速率快慢所定義的。根據艾因里斯的計算,中微子的虛質量量級大約是在0.33電子伏特,或者相當於電子的大約100萬分之0.6。對此,他的依據是,對分佈在宇宙射線,宇宙學,以及粒子物理學領域中的6項相關研究工作進行的考察發現,這些研究中,有關這一數值的誤差都分佈在這一範圍內。比如有一項研究考察了大爆炸殘留在宇宙背景輻射中的極輕微變化,而另一項研究考察的則是宇宙射線的光譜學特性。

對超光速粒子持懷疑態度的人士往往會指出這與愛因斯坦的廣義相對論相矛盾。但事實上,超光速粒子的概念最早是在1962年由喬治·蘇達尚(George Sudarshan)與同事比蘭努克(Bilaniuk)以及德什潘德(Deshpande)將其作為愛因斯坦相對論中的一個漏洞而提出來的。愛因斯坦曾經論證過,任何粒子(或宇宙飛船)都不可能被加速到達到或超過光速,因為這將需要無限大的能量。而蘇達尚和同事們則提出,假如這個粒子本身便是由於粒子對撞產生的超光速粒子,那麼這就不再存在加速或無限能量的問題——當然這對於宇宙飛船來說仍然是不可能實現的!

在超光速粒子的概念被提出之後的幾十年間,有無數科學家投身其中但一無所獲,其中有三名理論物理學家科德斯(Chodos),豪瑟(Hauser)以及科斯特拉基(Kostelecky)在1985年提出,超光速粒子實際上可能到處都是——他們提出中微子可能是一種超光速粒子。這一觀點讓他們猜想,當以足夠高的速度朝向我們運動時,質子應該會發生β衰變。在一般情況下這種情況是不被允許的,因為它無法確保能量守恆,但如果中微子是一種超光速粒子,那麼就可以解決這個問題從而讓這一過程可以發生,因為後者在某些參照系中可以具備負能量——也就是說具有負能量的超光速粒子相當於會在時間中反向運行。這一由這三名物理學家提出的理論吸引了艾因里斯的注意力,他在1999年宣佈,基於一些對宇宙射線進行的研究,他支持這一認為中微子是一種超光速粒子的理論並開始投身這方面的研究工作。而此次他的最新研究結果還參考了除了宇宙射線射線之外四個其他不同領域的研究數據,因而其結論的可信度得到了提升。

除此之外,艾因里斯的這項研究結果目前還不能像此前意大利OPERA實驗那樣被迅速判定為失誤,因為的確存在一些按照理論應當能夠觀測到但卻尚未能被觀測到的現象;但同時這也並不能就此認為艾因里斯的理論就是正確的。對於他的這一理論,可能可以提供驗證機會的是一項名為「KATRIN」的實驗,預計該實驗將在2015年開始採集數據。在這項實驗中,科學家計劃通過對氚的β衰變光譜特性進行觀測,從而反推中微子質量,氚是質量最大的氫同位素。除此之外的另一項可能的檢驗手段則是利用現有數據,基於對宇宙射線開展的研究來進行。當然,在你急着想要去弄一台可以給過去的自己打電話的「超光速電話機」之前,還是先等一等,看看其他科學家們對艾因里斯這一理論的檢驗結果如何吧

責任編輯: 夏雨荷  來源:新浪科技 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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