Группа физиков из Университета Вашингтона в Сент-Луисе (США) и Тель-Авивского университета (Израиль) представила результаты теоретических расчётов, противоречащие данным о сверхсветовых нейтрино.

Первое сообщение о мюонных нейтрино ν_μ, движущихся быстрее света в вакууме, было опубликовано коллаборацией OPERA в сентябре. Пучок частиц, отправляемых к детектору с расстояния в ~730 км, имел среднюю энергию в ~17,5 ГэВ, и на этой энергии скорость ν_μ(v), как выяснили участники эксперимента OPERA, превышала световую © приблизительно на 7,5 км/с. Это превышение можно выразить через параметр α = (v – c)/c, который будет равняться 2,48•10^–5.

В ноябре исходные данные были перепроверены, но никаких серьёзных ошибок сотрудники OPERA не нашли, лишь уточнив значение α, снизившееся до 2,37•10^–5.

Далеко не все теоретики, однако, соглашаются с тем, что в опыте действительно были зарегистрированы сверхсветовые нейтрино. Совсем недавно в своей статье американцы Эндрю Коэн (Andrew Cohen) и Шелдон Глэшоу (Sheldon Glashow), рассмотрели эффект уменьшения энергии ν_μ, движущихся со сверхсветовой скоростью, за счёт испускания электрон-позитронных пар, аналогичного давно известному черенковскому излучению. Этот процесс должен жёстко ограничивать энергию нейтрино, достигающих детектора OPERA, причём верхняя граница находится довольно далеко от указанного выше среднего значения — на уровне 12,5 ГэВ. Такие искажения легко обнаружились бы и в самом эксперименте OPERA, и в родственном проекте ICARUS, который использует тот же пучок мюонных нейтрино, но ничего подобного отмечено не было.

Американо-израильская группа подошла к проблеме с другой стороны, проследив связь между сверхсветовым движением нейтрино и кинематикой распада пионов (пи-мезонов). Здесь стоит напомнить, что источником ν_μ, попадающих в детектор OPERA, становится суперпротонный синхротрон Европейской организации по ядерным исследованиям, который разгоняет протоны до 400 ГэВ и подаёт их на графитовую мишень, где рождаются пионы. Последние затем направляются в километровый тоннель и в полёте распадаются на ν_μ и мюоны.

Выполнив относительно простые расчёты, основанные на законах сохранения энергии и импульса для распадов, авторы показали, что в условиях эксперимента OPERA — при работе с нейтрино и пионами со средними энергиями в ~17,5 и ~60 ГэВ — параметр α не должен подниматься выше 4•10–6. Чтобы допустить измерение α = 2,5•10–5, время жизни пионов необходимо увеличить примерно в шесть раз. Возможность столь серьёзного изменения параметров частиц, разумеется, исключена.

Рис. 1. Прохождение мюона в детекторе IceCube, зарегистрированное массивом фотоэлектронных умножителей (иллюстрация IceCube Collaboration).

Ещё более строгие ограничения на α, по словам физиков, устанавливает эксперимент IceCube, в котором регистрируются высокоэнергетичные нейтрино и мюоны астрофизического происхождения. Детектор IceCube представляет собой набор оснащённых фотоэлектронными умножителями регистрирующих модулей, нанизанных на «нити». Эти сборки устанавливаются на глубине от 1 450 до 2 450 м в толще льда, и заряженные частицы, которые образуются при взаимодействиях нейтрино и движутся со скоростью, превышающей фазовую скорость распространения света во льду, порождают черенковское излучение, за которым и следят фотоумножители.

Ориентируясь на первые результаты наблюдений, которые недавно опубликовала коллаборация IceCube, авторы установили, что α не должна превышать 10^–12.

«Как видим, получить сверхсветовые нейтрино, не нарушив известных современной физике законов, чрезвычайно трудно, — заключает руководитель исследования Раманат Коусик (Ramanath Cowsik). — При этом никаких претензий к коллаборации OPERA предъявить нельзя: она тщательно проверяла свои данные и обнародовала их лишь тогда, когда испробовала все методы поиска ошибок. Очевидно, какая-то ошибка всё же осталась незамеченной, и теперь мы — всё физическое сообщество — должны помочь обнаружить её».

Полная версия отчёта, подготовленного г-ном Коусиком и его коллегами, опубликована в журнале Physical Review Letters.