Скорость света и еще чуть-чуть быстрее

Если Великий запрет Эйнштейна действительно преодолен, то физику ожидают нескучные времена.
Художник Бэнкси, уличное граффити

Сверхсветовые нейтрино, о которых в самом конце прошлой недели заявила команда физиков из Европейского центра ядерных исследований в Женеве (ЦЕРН), произвели на научный мир впечатление┘ Нет, не разорвавшейся бомбы, это было бы слишком мягко сказано, – они произвели впечатление удара о Землю чикскулубского астероида, того самого, который убил динозавров 65 миллионов лет назад...

Крупная группа исследователей, работающая в рамках ЦЕРНовского проекта OPERA (Oscillation Project with Emulsion-Tracking Apparatus), в ходе которого они изучали осцилляции мюонных нейтрино, посылая их пучки через 730 км из ЦЕРНа в Италию, в подземную нейтринную ловушку Национальной лаборатории Гран Сассо, опубликовала статью. Из нее следует, что уже в течение трех лет эти уникальные и трудноуловимые частицы – нейтрино – прилетают к цели на 60 наносекунд раньше, чем если бы они прилетели туда, двигаясь со скоростью света.

В сердцах всех, кто хоть немного разбирается в физике, точно так же, как в сердцах их дедушек и прадедушек, школьным мелом запечатлена непреложная истина, провозглашенная Альбертом Эйнштейном больше ста лет назад – ВЫШЕ СКОРОСТИ СВЕТА НИКАКОЙ СКОРОСТИ БЫТЬ НЕ МОЖЕТ. Математически эта истина доказывается настолько просто, что ее может понять даже восьмиклассник – из этого доказательства следует, что любому телу, имеющему массу, для достижения световой скорости требуется бесконечная энергия. Далее с помощью более сложных выкладок Эйнштейн доказал, что, если этот запрет нарушить, причина и следствие поменяются местами, время потечет вспять – вы получите возможность убить своего дедушку прежде, чем он заинтересуется вашей бабушкой.

Интрига заключается не только в нерушимости Великого запрета. Она еще и в том, что с тех самых пор, как он был провозглашен, фантастически настроенная часть человечества жадно мечтала его нарушить – ведь этот запрет ставил крест на путешествиях даже к самым близким звездам и обрекал нас, по словам Циолковского, на «вечную жизнь в колыбели».

Поэтому научный мир вскрикнул с очень двойственным чувством, чувством полного недоверия и некоторой надежды: «Этого не может быть, потому что этого не может быть никогда, но было бы здорово, если бы это все-таки случилось».

Напомним детали. На протяжении трех лет работы проекта OPERA исследователи в Гран Сассо успели уловить своим детектором около 16 тысяч из посланных к ним нейтрино, и каждое из них прибывало к детектору раньше, чем следует. Превышение скорости света было мизерным, всего 24 части на миллион, расстояние, для которого свету требуется 2,43 миллисекунды, нейтрино пробегали в среднем на 60 наносекунд быстрее, причем точность измерения, как утверждают ученые Гран Сассо, не превышала 10 наносекунд, то есть результат был статистически значимым. Когда ученые обнаружили это несоответствие, они, естественно, стали искать ошибку. Однако, как они ни старались, ошибки обнаружить им так и не удалось.

Сверхсветовая частица и плоская Земля на трех слонах суть вещи одного и того же масштаба. Авторитетная команда из 164 дипломированных физиков (среди них, кстати, много российских), из которых никто не верил в скорости больше световой, оказалась перед жуткой дилеммой – скрыть факт, в реальности которого они все уверены, или все-таки заявить о нем, подставив под жесточайший удар свою собственную научную репутацию и, больше того, репутацию Гран Сассо и косвенно – самого ЦЕРНа.

В конце концов, проявив, на взгляд корреспондента «НГ», неслыханное мужество, они о нем заявили – опубликовав сообщение на набирающем все большую и большую популярность интернет-сайте Arxiv.org, а затем, вечером в пятницу, 23 сентября, на семинаре в ЦЕРНе. «Мы далеки от того, – заявляет глава проекта OPERA Антонио Эредитато из Бернского университета, – чтобы заявлять, что Эйнштейн был не прав. Я никогда такого не говорил. Но мы были вынуждены сообщить о полученных результатах, мы не можем заметать их под ковер».

По его словам, их статья в Arxiv.org – это не столько заявление о свершившемся факте, сколько обращение к научному сообществу с просьбой либо подтвердить наблюдения его команды, либо опровергнуть их, показав, где они ошиблись. Однако эта слегка завуалированная попытка дистанцироваться от собственного результата накала страстей не снизила. Мир физиков взорвался с негодующим недоверием.

Одни говорили: – неправильно считается статистика. Другие недоумевали, откуда взялась неопределенность в 10 наносекунд, если расстояние между точкой старта и точкой финиша определяется с помощью GPS, системой, которая работает с точностью в несколько десятков наносекунд. А главное – и это подчеркивают сами исследователи из Гран Сассо, – нельзя утверждать что-либо уверенно только по одному эксперименту, нужны независимые подтверждения из других источников.

Леонид Безруков, заместитель директора Института ядерных исследований РАН, в разговоре с обозревателем «НГ» сообщил, что в его институте к этому сообщению относятся весьма скептически, хотя в коллаборации OPERA сотрудники ИЯИ РАН принимают непосредственное участие.

По этому каналу нейтрино из ЦЕРНа посылались за 730 км в Италию, в лабораторию Гран Сассо. Фото с официального сайта CERN

«Во-первых, по одному эксперименту действительно нельзя ничего сказать, – заявил он. – Во-вторых, я не видел вразумительного описания того, каким образом производились расчеты. Хотя задачка относится к разряду школьных – зная путь и время, определить скорость, – здесь много деталей, которые следует учесть. Нужно точно определить время старта, то есть рождения нейтрино, понять, каким образом эта информация передается через спутник к детектору, нужно определить время финиша, момент, когда частица регистрируется детектором, учесть время запаздывания, вносимое электроникой, и многое другое такого же сорта. Подобного описания я не видел и подозреваю (хотя наверняка сейчас утверждать не могу), что его не видели и сотрудники нашего института, подписавшиеся под статьей. Вся эта история выглядит очень странно. Так или иначе, нужно ждать независимого подтверждения из других лабораторий».

Получается очень неприятное и на первый взгляд трудноразрешимое противоречие. Приходится выбирать из двух вариантов – либо доказано то, чего не может быть, либо гигантская команда физиков ошиблась, не сумев справиться с задачкой по арифметике для четвертого класса и всемирно заявив о полученном неверном ответе. И то и другое в голове не укладывается.

Что касается варианта ошибки, то Безрукову он не кажется таким уж невероятным. «Сейчас в мире много физиков, но мало специалистов, – говорит он. – Люди умеют нажимать пальцами на клавиатуру компьютера, но среди них очень мало специалистов, которые разбираются в электронике. Вполне могли ошибиться. И поставить свою подпись под статьей, не разобравшись в ней, а просто доверившись мнению коллег».

Если так, то это не крах устоявшейся физической догмы, а крах доверия ко всей современной физике. А если паче чаяния вдруг окажется, что все правильно и что нейтрино действительно умеют летать быстрее фотонов, то это означает революцию в физике, равнозначную той революции, которую совершил Эйнштейн в начале прошлого века. В пользу этой версии мало что говорит.

Сообщения о тахионах, то есть частицах, летающих со сверхсветовой скоростью, появляются в физике с завидной регулярностью, появляются, чтобы тут же быть опровергнутыми и исчезнуть. Необычность нынешнего сообщения в том, что у тахиона появилось имя – нейтрино. Однако некий намек есть. Сообщают о результатах, полученных командой из Чикаго, которые, исследуя осцилляции нейтрино в 2007 году, обнаружили, что те летают со сверхсветовой скоростью, однако их данные никакого научного значения не имели, поскольку в том эксперименте ошибка была значительно выше полученных значений превышения скорости света.

Академик Борис Иоффе из Института теоретической и экспериментальной физики на момент возникновения сверхсветового скандала в Москве отсутствовал, не успел ознакомиться с заявлением коллаборации Гран Сассо и потому отказался комментировать его сколько-нибудь серьезно. Как и все остальные нормальные физики, в сверхсветовые скорости он не верит и потому просто из общих соображений подозревает, что здесь скрыта какая-то неявная, труднообнаруживаемая ошибка.

Однако он считает, что если ученые действительно были уверены в полученном результате, они были просто обязаны о нем сообщить, даже подставив свою голову под топор. «Ученый, – подчеркивает Иоффе, – иногда должен проявить мужество».

В качестве примера он напомнил историю Дмитрия Скобельцына, советского физика, обнаружившего в составе космического излучения электроны. В 1929 году, пропуская электроны через камеру Вильсона и закручивая их траекторию магнитным полем, Скобельцын обнаружил, что некоторые из них закручиваются не в ту сторону, в которую должны закручиваться частицы с отрицательным электрическим зарядом. Он был уверен, что работает с электронами, и потому не поверил собственному прибору. Он открыл позитрон, но отказался сообщать о своем открытии. А в 1932-м американский физик Карл Андерсон сделал то же самое, поверил своим глазам, назвал позитрон позитроном и впоследствии получил за его открытие Нобелевскую премию.

«Здесь работает «человеческий фактор, – считает академик Борис Иоффе. – Даже если вы не правы, но уверены в своей правоте, у вас будет стимул заявить о своем открытии, пока о нем не заявили другие».

Так или иначе, нам вслед за Безруковым и другими многочисленными оппонентами Гран Сассо, да, собственно, и вслед за самой итальянской командой остается ждать независимого подтверждения или опровержения этого в высшей степени необычного заявления.