超光速粒子“中微子”疑案悬而未决

伤我心太深

　本报见习记者　甘　晓在一家酒吧门口，酒保说：“我们不允许比光速还快的中微子进到这儿。”话刚落，他看到一颗中微子来到了酒吧门口。
最近，这个笑话在物理学界流传开来。今年9月，欧洲原子能研究机构（CERN）与大型中微子振荡实验（OPERA）项目组发布消息，中微子的速度快于光速。这种微粒子有可能穿越时间，才让酒保看到中微子的到来。
两个月来，许多物理学家表示对实验结果心存质疑。近日，OPERA研究人员发布了新产生的实验数据，再次确认了此前轰动一时的“中微子超光速”实验结果。
然而，多名物理学家仍对此结果表示不信服，中微子疑案仍然悬而未决。
修正最重要的系统误差
“上一次实验结果实际上只是一场意外。”中科院理论物理所研究员李淼哈哈大笑起来。
2005年，OPERA项目开始从位于日内瓦的CERN将高能中微子束送到730公里外的意大利地下Gran Sasso实验室，试图对中微子振荡现象进行探索。研究人员用10.5微秒的脉冲质子束来产生中微子，在数据分析中，他们意外地发现中微子比光速快了60纳秒。
然而，面对难以置信的实验结果，物理学家首先考虑到的是“误差”。“发射中微子的束团太长。”中科院高能物理所研究员曹俊称，“仪器探测到一个中微子的时候，我们并不知道它是束团中的哪一个质子产生的。”
这的确是那次毫无准备的实验中，最受诟病的系统误差。
今年10月22日起，为了消除这个误差，OPERA实验特地将中微子束团缩短到3纳秒，并相隔524纳秒发出。这样的改进使每个能探测到的中微子都能找到准确的发射时间。
“中微子跑完全部700多公里的路程，只需要2微秒多，但由于它"羞于"和物质发生相互作用，所以太难检测到它。”李淼和基本粒子打了多年交道，谙熟中微子的个性。
因此，11月6日结束时，探测器只测到20个中微子。与原来的实验结果一致，新的实验证明，中微子比光快62.1纳秒，误差为3.7纳秒。
曹俊认为，这项改进的确增加了结果的可靠性，但是，仍有大量的误差来源存在疑点。“如果说，上次实验后，我认为99%是实验错了，这次我认为90%实验错了。”
李淼称，这次实验没有改进其他项目，只是从技术上改进了大家最关心的问题。
“他们没有说服我”
“他们仍然没能说服我。”这是清华大学物理系教授陶嘉琳的第一反应。
陶嘉琳曾作为一名实验物理学家在费米实验室和CERN工作过。“尽管修正了我们此前最关心的问题，但是，GPS设备的精度让我怀疑。”她说。
其实，早在4年前，费米实验室的研究者们发现中微子速度超过光速400多纳秒，但被研究者们一致认为是GPS带来的误差。而并没有进行更深入的研究。
“后来的实验，CERN也没有对可能产生问题的GPS进行更换。”陶嘉琳说，“这是一项很复杂的工程。”
正因为如此，一些物理学家猜测，CERN将带着大量系统误差的结果发布出来，目的之一便是为了告诉项目方：是更换精度更高设备的时候了。
寻找中微子的魔幻性质
就在实验物理学家忙着进行独立实验时，一些理论物理学家认为，也许中微子具有某种“魔幻”性质，才让它们看上去跑过了光速。
“第一次实验后的几天内，已经有20篇左右的理论文章试图解释这个现象。”李淼说，“多数是修改中微子的色散关系，也就是速度和能量的关系。”
中科院高能物理所研究员张新民提出，地球附近聚集的暗能量与中微子相互作用，使中微子在暗能量中传播时超光速了。
“这是基于我们在2003年提出的"中微子暗能量"模型。”他说。
另一个模型则认为，除了长度、宽度、高度、时间四维外，还存在额外维度。中微子从额外维度抄了近路，才得以使经过计算的速度超过光速。
然而，在物理学家们看来，这些解释还不足以成为完整的理论体系，仅仅是一些模型。
“目前不少理论猜测还显得很牵强，不足为凭。”曹俊认为。
目前，物理学界都在翘首等候美国费米实验室对CERN实验结果的验证，期待为中微子疑案盖棺定论。