【中微子超光速】中微子系超光速粒子可能性变大:具负能量

2019-12-28 - 中微子

加拿大萨德伯里中微子探测器。近日一名退休的美国物理学教授发表论文,指出中微子很有可能实际上是一种超光速粒子。

新浪科技讯 北京时间12月30日消息,据物理学家组织网站报道,根据一篇已经被《天体粒子物理学》杂志接受的论文,美国乔治梅森大学已退休的物理学家罗伯特·艾因里斯(Robert Ehrlich)声称中微子非常有可能是一种超光速粒子。

【中微子超光速】中微子系超光速粒子可能性变大:具负能量
【中微子超光速】中微子系超光速粒子可能性变大:具负能量

事实上在此之前已经有过多次这样的说法,其中最有名的便是在2011年,当时意大利的“OPERA”实验室宣布测得中微子的速度超过了光速。然而,当重新进行测定实验之后,最初的结论被发现是错误的,出现失误的原因竟然是实验设备的一根线头松动了。

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而此番艾因里斯所提出的认为中微子速度可能超过光速的理论依据是基于一种比测速灵敏地多的方法,那就是测量它的质量。这一想法的基础是认为超光速粒子拥有虚质量,也即质量的平方是一个负数。拥有虚质量的粒子会具有一种诡异的属性,那就是它们会在加速的同时损失能量,而它们虚质量的值也正是由这一过程发生的速率快慢所定义的。

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【中微子超光速】中微子系超光速粒子可能性变大:具负能量

根据艾因里斯的计算,中微子的虚质量量级大约是在0.33电子伏特,或者相当于电子的大约100万分之0.

6。对此,他的依据是,对分布在宇宙射线,宇宙学,以及粒子物理学领域中的6项相关研究工作进行的考察发现,这些研究中,有关这一数值的误差都分布在这一范围内。比如有一项研究考察了大爆炸残留在宇宙背景辐射中的极轻微变化,而另一项研究考察的则是宇宙射线的光谱学特性。

对超光速粒子持怀疑态度的人士往往会指出这与爱因斯坦的广义相对论相矛盾。但事实上,超光速粒子的概念最早是在1962年由乔治·苏达尚(George Sudarshan)与同事比兰努克(Bilaniuk)以及德什潘德(Deshpande)将其作为爱因斯坦相对论中的一个漏洞而提出来的。

爱因斯坦曾经论证过,任何粒子(或宇宙飞船)都不可能被加速到达到或超过光速,因为这将需要无限大的能量。而苏达尚和同事们则提出,假如这个粒子本身便是由于粒子对撞产生的超光速粒子,那么这就不再存在加速或无限能量的问题——当然这对于宇宙飞船来说仍然是不可能实现的!

在超光速粒子的概念被提出之后的几十年间,有无数科学家投身其中但一无所获,其中有三名理论物理学家科德斯(Chodos),豪瑟(Hauser)以及科斯特拉基(Kostelecky)在1985年提出,超光速粒子实际上可能到处都是——他们提出中微子可能是一种超光速粒子。

这一观点让他们猜想,当以足够高的速度朝向我们运动时,质子应该会发生β衰变。在一般情况下这种情况是不被允许的,因为它无法确保能量守恒,但如果中微子是一种超光速粒子,那么就可以解决这个问题从而让这一过程可以发生,因为后者在某些参照系中可以具备负能量——也就是说具有负能量的超光速粒子相当于会在时间中反向运行。

这一由这三名物理学家提出的理论吸引了艾因里斯的注意力,他在1999年宣布,基于一些对宇宙射线进行的研究,他支持这一认为中微子是一种超光速粒子的理论并开始投身这方面的研究工作。

而此次他的最新研究结果还参考了除了宇宙射线射线之外四个其他不同领域的研究数据,因而其结论的可信度得到了提升。

除此之外,艾因里斯的这项研究结果目前还不能像此前意大利OPERA实验那样被迅速判定为失误,因为的确存在一些按照理论应当能够观测到但却尚未能被观测到的现象;但同时这也并不能就此认为艾因里斯的理论就是正确的。

对于他的这一理论,可能可以提供验证机会的是一项名为“KATRIN”的实验,预计该实验将在2015年开始采集数据。在这项实验中,科学家计划通过对氚的β衰变光谱特性进行观测,从而反推中微子质量,氚是质量最大的氢同位素。

除此之外的另一项可能的检验手段则是利用现有数据,基于对宇宙射线开展的研究来进行。当然,在你急着想要去弄一台可以给过去的自己打电话的“超光速电话机”之前,还是先等一等,看看其他科学家们对艾因里斯这一理论的检验结果如何吧。(晨风)

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