OPERA herbevestigt sneller-dan-licht neutrino’s, maakte dezelfde fout

Share Button

Nieuwe tests van de onderzoeksgroep OPERA in Italië, deze keer uitgevoerd met een nog hogere precisie, bevestigen dat OPERA neutrino’s gedetecteerd heeft die sneller dan het licht reizen. Niet alle leden van de groep zijn het er echter mee eens en sommigen weigerden hun naam te zetten onder het artikel. Met reden.

Statistische onzekerheid zaaide twijfel
OPERA (Oscillation Project with Emulsion-Tracking Apparatus) meet de eigenschappen van neutrino’s die door de aarde reizen vanuit het CERN lab in Genève naar het neutrino-observatorium onder de Gran Sasso granietberg, niet ver van Rome. 22 september 2011 publiceerde de groep een rapport op ArXiv, waaruit bleek dat de neutrino’s ongeveer zestig nanoseconden eerder in Gran Sasso arriveerden dan de lichtsnelheid toelaat. De onderzoekers bereikten dit resultaat door de verdeling in de tijd van afgevuurde protonen in de pulsen van 10,5 microseconde, waarmee de neutrino’s worden geproduceerd, te vergelijken met de tijdstippen waarop neutrino’s in de detector werden gemeten. Statistiek is gebaseerd op waarschijnlijkheid en kansverdeling en is daarmee per definitie onnauwkeurig. Ter vergelijking: de puls duurde honderden keren zo lang als het gemeten verschil met de lichtsnelheid. Bedenk hierbij ook dat er maar enkele neutrino’s worden waargenomen. Dit was dan ook een belangrijk punt van kritiek.

Een onderdeel van de detector van OPERA. Bron: OPERA

Een onderdeel van de detector van OPERA. Bron: OPERA

Nieuwe tests elimineerden statistische onzekerheid
De nieuwe tests, voltooid rond 6 november 2011, rekenden af met statistiek door de pulsen slechts 1 tot 2 nanoseconden, 10 000 maal zo kort dus, te laten duren. Elke neutrino die in Gran Sasso waar werd genomen kon zo exact worden vastgenageld aan een specifieke puls. De wetenschappers stelden nu opnieuw vast dat de neutrino’s 60 nanoseconden eerder arriveerden met een onzekerheidsmarge van 10 nanoseconden – vergelijkbaar met de eerste meetresultaten.  De tests werden gedurende tien dagen uitgevoerd. Hierbij werden twintig ‘events’ geproduceerd (vermoedelijk  wordt hiermee bedoeld: geslaagde neutrinodetecties). De onderzoeksgroep liep ook hun oorspronkelijke statistische analyse na.

Geen unanieme instemming
Dit is de eerste uitzondering op Einsteins regel dat niets sneller reist dan het licht. Geen wonder dat veel natuurkundigen uiterst sceptisch zijn over deze resultaten en alleen worden overtuigd door nieuwe experimenten in een andere setting. Van de 195 leden van de onderzoeksgroep weigerden daarom vijftien het artikel te ondertekenen. Vier eerdere dissidenten tekenden nu wel; er zijn ook vier nieuwe dissidenten bij gekomen.

Een belangrijk punt van kritiek onder de dissidenten is dat het tijdvenster waarin neutrino’s werden gedetecteerd door OPERA in deze nieuwe testen een breedte had van vijftig nanoseconden. Dit beïnvloedt het uiteindelijke resultaat niet, maar is volgens dissidenten een teken dat het experiment slordig is uitgevoerd.

Autiero controleerde zichzelf’
Andere onderzoekers zijn er ook zeer ongelukkig mee dat slechts een klein deel van de analyse, die uit werd gevoerd door Dario Autiero, de leider van de sneller-dan-licht analyse,  onafhankelijk gecontroleerd is door anderen binnen het samenwerkingsverband. Dit laat de mogelijkheid open dat geen rekening is gehouden met alle mogelijke fouten, of (niet met zoveel woorden gezegd), dat Autiero de zaak flest.  Pas als de resultaten van andere neutrinoexperimenten binnen zijn, zal er antwoord komen op de vraag of er sneller-dan-licht neutrino’s bestaan. Het maandenlange werken onder hoogspanning eist ondertussen zijn tol bij de uitgeputte OPERA onderzoeksgroep. Dat er nu nog steeds geen zekerheid is bij iedereen, wekt de nodige frustratie.

Persoonlijk denk ik dat de dissidenten gelijk hebben. Pas als de gehele, maar dan ook de gehele dataset plus alle berekeningen onafhankelijk door anderen zijn geverifieerd, weten we zeker dat deze groep geen fout heeft gemaakt. Een ander beruchte tegenwerping, dat de exacte afstand van het Gran Sasso observatorium tot Genève niet tot op de meter bekend is, wordt nu nagetrokken via het checken van de lengte van een glasvezelkabel waarmee de Gran Sasso data naar de oppervlakte worden gestuurd. Dat geldt ook voor de vernietigendste tegenwerping, van de Groningse natuurkundige Ronald van Elburg,  dat de onderzoekers geen rekening hielden met de relativistsiche effecten van de beweging van de GPS-satelliet die werd gebruikt om de atoomklokken van het CERN en Gran Sasso te synchroniseren. Het is dus wachten op de resultaten van andere onderzoeksgroepen.

UPDATE: volgens een nieuwe verklaring zou een meetfout aan een kabel de oorzaak zijn. Dit is inderdaad de meest logiche verklaring, maar voor een definitieve bevestiging zullen we de experimenten in mei 2012 moeten afwachten. CERN kan pas dan weer een nieuwe bundel neutrino’s richting Gran Sasso afvuren. Tot die tijd blijft het spannend.

UPDATE 2: Een controle-experiment, ICARUS, door hetzelfde lab wijst uit dat de neutrino’s toch niet sneller dan het licht gaan. Dit wijst erop dat inderdaad een meetfout gemaakt lijkt te zijn bij het lab onder de Gran Sasso en dat er – helaas – nog steeds geen inbreuk is aangetroffen op de onverbiddelijke limiet van de lichtsnelheid. Tegelijkertijd was deze episode een zeer leerzame instructie over hoe wetenschap werkt. Wetenschap is een proces van vallen en opstaan met vaak onverwachte experimenten. Dit maakt wetenschap ook zo boeiend.

Vervolg op:
Bewegen sommige neutrino’s sneller dan het licht?

Bronnen
More data shows neutrino’s still faster than light – New Scientist (2011)
Faster-Than-Light Neutrinos: OPERA Confirms and Submits Results, But Unease Remains, Science Magazine (2011)
Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam, ArXiv (2011)

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

9 reacties

  1. Barry schreef:

    Ik denk eerlijk gezegd dat ze met de metingen nog wel meer “freaky“ dingen zullen tegenkomen, mijn voorspelling op dit gebied is dat er een moment komt dat ze ook terugspringende neutrino´s zullen gaan detecteren, neutrino´s die niet alleen sneller dan het licht gaan, of de snelheid van het licht benaderen, maar dat diezelfde neutrino´s als gevolg van tijdsverschuivingen terugspringen en zich kwantumverstrengelen met neutrino´s die nog in het begin zijn van hun reis, ik bedoel hiermee te zeggen, het moment dat de meting nog moet beginnen. Ik zei al eerder op een ander artikel dat het mij waarschijnlijk lijkt dat neutrino´s sneller dan het licht kunnen reizen met de uitleg erbij hoezo en waarom, wat ze nu eigenlijk moeten gaan doen is een methode gaan verzinnen waarop ze een neutrino een tag kunnen meegeven, ongeveer op dezelfde manier als waarop een hond een chip in zijn nek krijgt. Bij nader inzien denk ik dat het niet mogelijk is om neutrino´s een tag mee te geven maar dat zou mischien wel kunnen met alle andere deeltjes die een sterke kernkracht hebben. Wat mischien ook interessant zou kunnen zijn is om eens te bekijken wat het zou doen met een kwantumcomputer als je daar neutrino´s doorheen schiet, ipv dat je “traditionele“ meetinstrumenten gebruikt om neutrino´s te meten en detecteren, ik vermoed dat de configuratie van de kwantumcomputer zodanig veranderd dat metingen hierdoor veel simpeler gaan worden.

  2. Barry schreef:

    Ik gooi er ff een stukje humor tegenaan…

    Ik heb de operabrowser in gebruik en ik krijg met de regelmaat de melding: “Opera reageert niet”.

    Nu dus ook weer, ik start de pc op,start de browser op en krijg de melding dat opera niet reageert, de 2e melding die ik kreeg was:

    OPERA herbevestigt sneller-dan-licht neutrino’s.

    lollll….zou dit een voorteken zijn? :)

  3. Pfffzucht schreef:

    kan me herinneren als gister dat ze over al neutrinodetectoren bouwden om ook maar het bestaan van neutrinos te bewijzen laat staan een eerste flitsje te vangen.

    kan me de artikelen niet herinneren noch gezien dat het dat geval reeds zou zijn geweest.

    nu op eens én kunnen ze neutrinos produceren én detecteren én ze gaan sneller dan het licht én dat met een vaste overmaat van ca 18 meter op 730 kilometer?

    er zouden dan toch ook heus wel al artikelen over de detectie van de zonnenneutrinos geweest zijn?
    niet gezien ook al niet!

    dát er iets aan de hand is is wel duidelijk maar of dat een sdl meting is?

    is something rotten in the state of science?

  4. Henk Grimm schreef:

    De meting is in zijn opzet erg onduidelijk om daar met zekerheid conclusies aan te ontlenen. Ik ken wel een hypothetisch mechanisme dat verantwoordelijk kan zijn voor een schijnbaar grotere snelheid van kwanta (lichtsnelheid), maar alleen al onze huidige kennis van het neutrino is onvoldoende om te kunnen stellen dat dit hier ook daadwerkelijk het geval zou kunnen zijn.

    Waar het op neer komt, is dat een lokale zeer kleine hoeveelheid energie een “sprongetje” maakt over een zeer kleine afstand in de eigen bewegingsrichting (ongeveer ter grootte van de diameter van een proton). Dit “sprongetje” ontstaat doordat lokaal de configuratie van het onderliggende vectorveld op dat moment geen mogelijkheid biedt voor de gewone verplaatsing van deze hoeveelheid kwanta. Het “deeltje” wordt dus op punt A afgebroken om GELIJKTIJDIG in punt B weer te verschijnen via het intermediaire scalaire veld. Er wordt lokaal voor dit proces geen energie toe- of afgevoerd. De snelheid van het licht (kwanta) wordt dan ook absoluut niet overschreden. In vacuüm is het hoogst onwaarschijnlijk dat dit proces zal optreden (er is geen aanleiding voor). Maar men stuurt de neutrino’s in een geconcentreerde bundel door de aarde en dan valt het niet volledig uit te sluiten dat dit proces lokaal kan optreden. Maar desondanks: de opzet van het experiment is veel te onduidelijk voor enigszins betrouwbare conclusies.

  5. Hans schreef:

    Misschien is E=MC2 niet meer dan een onderdeel van een groter geheel/formule.
    Waarom zou het niet mogelijk kunnen zijn dat hogere snelheden bestaan.
    Dat wij het niet kunnen meten, of het niet kunnen beredeneren zegt niet dat het niet mogelijk zou zijn.
    100 jaar geleden bestond Einsteins formule nog niet en dacht men dat alles was zoals het was, alles lag vast.
    Alhoewel, de formule bestond natuurlijk wel maar was alleen nog niet ontdekt of beredeneerd.
    Dus ik ga ervan uit dat er straks iemand is die de ontbrekende stukken weet te bedenken of te beredeneren en dan krijgt de wetenschap weer een enorme boost.

    • Barry schreef:

      @ Hans,

      Ik denk dat je gelijk hebt en dat de verkorte versie van de formule ongeveer zo zou moeten uitzien: E=MC2 staat gelijk aan -E=-MC2, de Einstein-rosen Brug zou dan een oplossing moeten bieden binnen het bestaan van een multiversum binnen ons universum voor het verspringen van neutrino’s.

  6. Henk Grimm schreef:

    @Hans, de lichtsnelheid betreft de verplaatsing van energiepakketjes ter grootte van de constante van Planck (h). Een verdere verdeling van dit kwantum kennen wij niet en is ook nog nooit naar voren gekomen in experimenten. De verplaatsing van 1 energiekwantum vindt overal in het universum plaats met een constante snelheid, de lichtsnelheid. Deze constante snelheid is onafhankelijk van de snelheid EN bewegingsrichting van de bron van deze elektromagnetische straling (o.a. zichtbaar licht).

    Samengevat: energie in de vorm van een enkel kwantum dat zich verplaatst van A naar B zal zich – indien onverstoord – met een constante snelheid van ~300.000 km/s bewegen.

    Kan het niet sneller? Ja, dat is mogelijk als je dan maar wel accepteert dat het niet om de verplaatsing van het originele kwantum gaat. Barry noemt hierboven de hypothese van de Einstein-Rosen brug en als “kapstok” is dit hypothetische verschijnsel bruikbaar. Waar het om gaat, is dat de ruimtelijke configuratie van de energie binnen een bepaald volume wordt getransformeerd naar een volume elders. Deze transformatie is dus geen verplaatsing van energie-kwanta maar het “overseinen” van de blauwdruk van de configuratie. De aanwezige energie in het tweede volume neemt dus lokaal de kenmerken van de 1ste configuratie aan. Het effect is dat het lijkt of de energieconfiguratie met een oneindig grote snelheid is verplaatst van A naar B.

    Dit “overseinen” van de blauwdruk vindt plaats via het vlakke scalaire veld (“vlak” betekent: overal van gelijke waarde). Dit scalaire veld is echter niet overal vlak. Rustmassa is een lokale concentratie van energie die ter plekke het vlakke scalaire veld onderbreekt (het Higgsmechanisme). Dus overal waar materie aanwezig is, ondervindt het onvervormd “overseinen” van de blauwdruk van een energieconfiguratie problemen.

    Nog voor de duidelijkheid: de bovengenoemde processen spelen zich in ieder punt binnen het volume van het universum af. Dus het gaat hier niet om iets bijzonders dat zich ergens lokaal afspeelt. Alle veranderingen binnen het universum staan onder invloed van deze processen. Alleen “toont” het zich in de macrocosmos niet op een zodanige wijze dat wij dit als zodanig herkennen.

  7. Han schreef:

    Als het dan wel waar is steeds op nieuw telkens weer kan enkel nog maar de gebruikte lichtsnelheidsconstante een schoonheidsfoutje hebben!

    Dat wordt op nieuw bepalen dan!

    En wordt de tektoniek en aardbevingsinvloeden wel in de gaten gehouden?

  8. Han schreef:

    Ja nu gebeurd het hier ook al zie ik.

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger