V minulých piatich číslach .týždňa sme sa v tejto rubrike zaoberali mimoriadne zaujímavými elementárnymi časticami – neutrínami. Motiváciou na túto sériu boli informácie o možnej nadsvetelnej rýchlosti neutrín. V septembri fyzici v CERN-e, pracujúci na experimente OPERA, oznámili, že podľa ich meraní sa tieto častice pohybujú rýchlejšie ako svetlo.
Novinári z toho urobili, prirodzene, senzáciu, ktorá trvala, tak ako všetky senzácie, tri dni. Potom to po mesiaci ešte trochu oživili, ale to už boli len také dozvuky. A ako sa k tomu stavajú fyzici, ktorí sa teóriou elementárnych častíc zaoberajú, a ktorí sa navyše aj podieľajú na niektorých experimentoch v CERN-e? Spýtali sme sa dvoch z nich – Tomáša Blažeka a Vlada Černého.
s Tomášom Blažekom o OPERE
.čo tá OPERA vlastne merala a čo namerala?
Detektor OPERA, vybudovaný v strednom Taliansku, zachytáva takzvané miónové neutrína, ktoré mu posielajú z laboratória CERN pri Ženeve. V priebehu troch rokov zachytil približne 16 000 takýchto neutrín, ale o tie mu v skutočnosti nešlo. Na OPERE nie je zaujímavé to, že dokáže zachytiť miónové neutrína, ale to, že ako jediný detektor na svete je schopný zachytiť a rozoznať neutrína iného typu, takzvané tau neutrína. Cieľom experimentu bolo v skutočnosti hľadanie vzácnej premeny miónových neutrín na tau neutrína po ceste medzi CERN-om a OPEROU. Takáto premena bola vopred predpovedaná a naozaj sa na OPERE našla – zatiaľ v jednom prípade za celé tri roky.
.to však nebolo príčinou obrovského rozruchu, ktorý OPERA vyvolala...
Ten rozruch spôsobilo naozaj niečo iné. OPERA totiž neskúmala len to, na čo bola primárne určená, ale vyhodnocovala a testovala všetky získané údaje. Jedným z testov bolo presné meranie času, za ktorý neutrína prešli zo Švajčiarska do Talianska. A ukázalo sa, že neutrína v priemere prichádzajú do detektora OPERA o 60 nanosekúnd skôr, ako by to trvalo svetlu. Idú teda rýchlejšie ako svetlo.
.OPERA tieto svoje výsledky teraz intenzívne preveruje, o jednom preverovaní informovala tlač ako o „potvrdení“ pôvodných meraní. O čo išlo naozaj?
Vedci sú naďalej zdržanliví a v CERN-e dali v polovici novembra vyhlásenie pre tlač nazvané Aktualizácia výsledku z OPERY. Aktualizácia pozostávala z vyhodnotenia najnovších experimentov, keď z CERN-u posielali kratučké pulzy, trvajúce len 3 nanosekundy. Predchádzajúce pulzy boli tisíckrát dlhšie a malá chyba výsledku – 10 nanosekúnd – sa získala nepriamo, určitým štatistickým trikom. Najnovšie výsledky vylúčili možnosť, že by predchádzajúce štatistické spracovanie dlhej pulznej štruktúry bolo chybné. Rýchlosť pohybu kratučkých pulzov je v zhode s nadsvetelnou rýchlosťou oznámenou v septembri. Jeden možný zdroj chyby je tak vylúčený.
.merala sa rýchlosť neutrín aj v iných experimentoch?
V roku 1987 bolo zachytených 24 antineutrín, pochádzajúcich z výbuchu supernovy v tesnej blízkosti našej galaxie. Ich analýza je v jasnom rozpore s nadsvetelnou rýchlosťou z OPERY. Ide tu však o antičastice k neutrínam, navyše elektrónové, a nie miónového typu. Rýchlosť neutrín sa merala aj na experimente MINOS v USA, kde neutrína z urýchľovača pri Chicagu takisto prechádzajú vyše 700 km Zemou, kým dorazia do detektora v Minnesote. Výsledok, zverejnený v roku 2007, bol tesne nad rýchlosťou svetla, zlúčiteľný s OPEROU, ale veľa vody nenamútil, lebo jeho nepresnosť bola taká veľká, že pripúšťala aj podsvetelnú hodnotu.
.a bude sa merať aj naďalej?
MINOS získava experimentálne údaje až do súčasnosti. Ich spracovanie tam teraz beží na plné obrátky, aby čo najskôr konfrontovali výsledok OPERY. Ďalší podobný experiment T2K je rozbehnutý v Japonsku. V marci 2011 tam, žiaľ, prišlo k poškodeniu protónového urýchľovača počas zemetrasenia, ktoré poškodilo aj jadrovú elektráreň vo Fukushime. Ale už v decembri vraj má byť všetko opravené. V priebehu roka 2012 sa oba tieto experimenty určite k OPERE vyjadria.
.čo by znamenalo potvrdenie výsledkov z OPERY pre teóriu elementárnych častíc?
Tachyóny, teda častice s nadsvetelnými rýchlosťami, nie sú podľa teórie relativity vylúčené a v teórii nie sú nijakou novinkou. Tachyónom sa napríklad venovala už pred tridsiatimi rokmi diplomová práca nášho kolegu Mariána Fecka. V prípade takýchto častíc sa však otvárajú interpretačné otázky týkajúce sa ich hmotnosti, príčinnosti pri ich pohybe a iných vlastností, ktoré sa neskúmali dostatočne do hĺbky, keďže na to chýbala experimentálna motivácia. V každom prípade nadsvetelné rýchlosti nie sú neprekonateľný problém, problém je len prekonanie rýchlosti svetla, t.j. možnosť, že sa niečo rozbehne z pokoja až do nadsvetelnej rýchlosti.
.čiže v teórii elementárnych častíc to zatiaľ nič dramatické neprinieslo?
Nie je to objav, ktorý by sme si želali. Teóriu relativity s hmotnými časticami, pohybujúcimi sa rýchlosťou menšou ako rýchlosť svetla, máme dobre overenú. OPERA otvára komnaty prírody, okolo ktorých sme doteraz chodili bez povšimnutia.
A ako som už spomínal, fyzici sú zdržanliví. V CERN-e bol napríklad v októbri zorganizovaný trojhodinový seminár vedúcich teoretikov, ktorý mal byť naživo vysielaný na internete. Je možno znakom doby, že vysielanie bolo bez vysvetlenia zrušené. A podľa Vlada Černého, ktorý bol v tom čase v CERN-e, nemal ten seminár ani priamo na mieste nijakú výraznú reklamu. Zopakujem do tretice – vedci sú zatiaľ zdržanliví.
____________________________________________________________________________
s Vladom Černým o CERN-e
.ty si vraj bol v CERN-e v čase, keď tam bol seminár o teoriách nadsvetelných neutrín. Bol si na tom seminári?
Nie, mal som v CERN-e inú robotu a bál som sa, že ju nestihnem urobiť. Ale zaujímavé je, že som sa o seminári dozvedel z telefonátu kolegov z Bratislavy, ktorí sa pýtali, prečo sa seminár nevysiela. Ja som ani nevedel, že sa koná, lebo v CERN-e tento seminár nebol nijako zvlášť propagovaný. Tú skromnú propagáciu aj to, že sa seminár nevysielal na internete, pripisujem istej – podľa mňa správnej – mediálnej opatrnosti CERN-u. Médiá majú tendenciu ísť po senzáciách a toto je potenciálne senzačná téma. Vec ale ani zďaleka nie je v štádiu ukončenia a bombastické titulky len škodia.
.o CERN-e vedela verejnosť zatiaľ len v súvislosti s urýchľovačom LHC, teraz sa dozvedela aj o inom experimente, ty robíš ešte na inom. Na čom robíš ty?
Som malým kolieskom v pripravovanom experimente NA62, ktorý chce zmerať pravdepodobnosť istého zriedkavého rozpadu častice, ktorá sa volá kaón. Súčasná teória predpovedá, že v prvom priblížení taký rozpad neexistuje, vyššie matematické korekcie dávajú nenulovú, ale extrémne malú hodnotu pravdepodobnosti takého rozpadu. Ak by sa namerala hodnota odlišná od predpovede súčasnej teórie, bola by to silná evidencia pre „novú fyziku“.
.vravíš, že si len malým kolieskom. Koľko ľudí pracuje na jednom takom experimente?
OPERA aj NA62 sú v porovnaní s tými na urýchľovači LHC relatívne malé. V experimente OPERA ide o spoluprácu niečo vyše dvesto ľudí, v NA62 je ich okolo stopäťdesiat.
.čo konkrétne tam robíš ty?
NA62 má ambíciu za dva roky zaregistrovať asi sto tých zriedkavých rozpadov. Ibaže za dva roky tam nastane okrem tých zriedkavých aj asi tisíc miliárd iných, nezriedkavých rozpadov kaónov. Aby sa z toho dalo vydolovať tých sto zaujímavých, musí sa už v okamihu registrácie každého rozpadu rýchlo rozhodnúť, či je šanca, že je to ten zaujímavý. Ak nie, potom nebudeme zahlcovať pamäťové médiá počítačov zbytočnou informáciou. Spúšť záznamu sa stlačí iba vtedy, ak považujeme dáta za sľubné. Pracujem v malej skupine, ktorá má na starosti zabezpečenie výmeny informácie medzi detektorom a jednotkou, ktorá rozhoduje o stlačení spúšte.
.keď na tom robí tak veľa ľudí a keď robia na takých rôznych a pritom takých špecializovaných úlohách, ako sa potom preveruje výsledok?
Súčasné experimenty sú veľmi komplexné. Je nemožné, aby jeden veľký šéf mal úplný prehľad o všetkých jemných detailoch. Každý detail niekto navrhne, niekto zrealizuje, niekto vyhodnotí a potom sa ten detail používa ako súčasť mašinérie. Kto niečo programoval, vie, že v každom programe je prakticky vždy nejaký chybný detail. A to isté platí neúprosne o všetkých komplexných ľudských výtvoroch. Preto sa vymýšľajú všelijaké overovania, kontrolné počítačové simulácie a podobne. Ale čert môže byť rafinovaný a dobre schovaný. Často nevystrčí rožky hneď. Ak je v OPERE čert, tak rožky už vystrčil. Ľudia z OPERY ho úporne hľadali, a nenašli. Preto išli na verejnosť, aby čerta hľadala celá fyzikálna komunita.
.a čo ak sa čert nenájde?
Budú ho hľadať veľmi detailne, ale nestavil by som príliš veľa peňazí, že ho nájdu. I keď mám tendenciu veriť, že tam niekde je. O všetkom asi rozhodnú iné, nezávislé experimenty. Ak tie nepotvrdia nadsvetelnú rýchlosť neutrín, nebude nutné rozpitvanie OPERY úplne dokončiť. Otázka však je, či iné experimenty budú dostatočne nezávislé. Najlepšie by bolo, aby sa problém atakoval nejakým principiálne iným spôsobom. Ak je v OPERE príliš rafinovaný čert, potom hrozí, že podobnú chybu môže urobiť aj iný experiment, ak nebude „dostatočne iný“. Cohen a Glashow prišli s principiálne iným nápadom, ale asi ušitým prirýchlou ihlou.
.ale ak je predstaviteľné, že chyba nám ujde, ako potom máme veriť iným výsledkom, získaným v týchto laboratóriách?
Tak, ako verím statikovi, že sa most nezrúti, a lekárovi, že sa po operácii prebudím. Nepredstierame, že je to vždy tak. Ale stavať mosty a vyrezať zapálené slepé črevo, to sú dobré a správne nápady. A hoci som čosi ako „vedecký pesimista“, nemám ani najmenšiu pochybnosť o tom, že vynaložiť peniaze daňových poplatníkov na snahu po poznaní, to je dobrý a správny nápad.
Novinári z toho urobili, prirodzene, senzáciu, ktorá trvala, tak ako všetky senzácie, tri dni. Potom to po mesiaci ešte trochu oživili, ale to už boli len také dozvuky. A ako sa k tomu stavajú fyzici, ktorí sa teóriou elementárnych častíc zaoberajú, a ktorí sa navyše aj podieľajú na niektorých experimentoch v CERN-e? Spýtali sme sa dvoch z nich – Tomáša Blažeka a Vlada Černého.
s Tomášom Blažekom o OPERE
.čo tá OPERA vlastne merala a čo namerala?
Detektor OPERA, vybudovaný v strednom Taliansku, zachytáva takzvané miónové neutrína, ktoré mu posielajú z laboratória CERN pri Ženeve. V priebehu troch rokov zachytil približne 16 000 takýchto neutrín, ale o tie mu v skutočnosti nešlo. Na OPERE nie je zaujímavé to, že dokáže zachytiť miónové neutrína, ale to, že ako jediný detektor na svete je schopný zachytiť a rozoznať neutrína iného typu, takzvané tau neutrína. Cieľom experimentu bolo v skutočnosti hľadanie vzácnej premeny miónových neutrín na tau neutrína po ceste medzi CERN-om a OPEROU. Takáto premena bola vopred predpovedaná a naozaj sa na OPERE našla – zatiaľ v jednom prípade za celé tri roky.
.to však nebolo príčinou obrovského rozruchu, ktorý OPERA vyvolala...
Ten rozruch spôsobilo naozaj niečo iné. OPERA totiž neskúmala len to, na čo bola primárne určená, ale vyhodnocovala a testovala všetky získané údaje. Jedným z testov bolo presné meranie času, za ktorý neutrína prešli zo Švajčiarska do Talianska. A ukázalo sa, že neutrína v priemere prichádzajú do detektora OPERA o 60 nanosekúnd skôr, ako by to trvalo svetlu. Idú teda rýchlejšie ako svetlo.
.OPERA tieto svoje výsledky teraz intenzívne preveruje, o jednom preverovaní informovala tlač ako o „potvrdení“ pôvodných meraní. O čo išlo naozaj?
Vedci sú naďalej zdržanliví a v CERN-e dali v polovici novembra vyhlásenie pre tlač nazvané Aktualizácia výsledku z OPERY. Aktualizácia pozostávala z vyhodnotenia najnovších experimentov, keď z CERN-u posielali kratučké pulzy, trvajúce len 3 nanosekundy. Predchádzajúce pulzy boli tisíckrát dlhšie a malá chyba výsledku – 10 nanosekúnd – sa získala nepriamo, určitým štatistickým trikom. Najnovšie výsledky vylúčili možnosť, že by predchádzajúce štatistické spracovanie dlhej pulznej štruktúry bolo chybné. Rýchlosť pohybu kratučkých pulzov je v zhode s nadsvetelnou rýchlosťou oznámenou v septembri. Jeden možný zdroj chyby je tak vylúčený.
.merala sa rýchlosť neutrín aj v iných experimentoch?
V roku 1987 bolo zachytených 24 antineutrín, pochádzajúcich z výbuchu supernovy v tesnej blízkosti našej galaxie. Ich analýza je v jasnom rozpore s nadsvetelnou rýchlosťou z OPERY. Ide tu však o antičastice k neutrínam, navyše elektrónové, a nie miónového typu. Rýchlosť neutrín sa merala aj na experimente MINOS v USA, kde neutrína z urýchľovača pri Chicagu takisto prechádzajú vyše 700 km Zemou, kým dorazia do detektora v Minnesote. Výsledok, zverejnený v roku 2007, bol tesne nad rýchlosťou svetla, zlúčiteľný s OPEROU, ale veľa vody nenamútil, lebo jeho nepresnosť bola taká veľká, že pripúšťala aj podsvetelnú hodnotu.
.a bude sa merať aj naďalej?
MINOS získava experimentálne údaje až do súčasnosti. Ich spracovanie tam teraz beží na plné obrátky, aby čo najskôr konfrontovali výsledok OPERY. Ďalší podobný experiment T2K je rozbehnutý v Japonsku. V marci 2011 tam, žiaľ, prišlo k poškodeniu protónového urýchľovača počas zemetrasenia, ktoré poškodilo aj jadrovú elektráreň vo Fukushime. Ale už v decembri vraj má byť všetko opravené. V priebehu roka 2012 sa oba tieto experimenty určite k OPERE vyjadria.
.čo by znamenalo potvrdenie výsledkov z OPERY pre teóriu elementárnych častíc?
Tachyóny, teda častice s nadsvetelnými rýchlosťami, nie sú podľa teórie relativity vylúčené a v teórii nie sú nijakou novinkou. Tachyónom sa napríklad venovala už pred tridsiatimi rokmi diplomová práca nášho kolegu Mariána Fecka. V prípade takýchto častíc sa však otvárajú interpretačné otázky týkajúce sa ich hmotnosti, príčinnosti pri ich pohybe a iných vlastností, ktoré sa neskúmali dostatočne do hĺbky, keďže na to chýbala experimentálna motivácia. V každom prípade nadsvetelné rýchlosti nie sú neprekonateľný problém, problém je len prekonanie rýchlosti svetla, t.j. možnosť, že sa niečo rozbehne z pokoja až do nadsvetelnej rýchlosti.
.čiže v teórii elementárnych častíc to zatiaľ nič dramatické neprinieslo?
Nie je to objav, ktorý by sme si želali. Teóriu relativity s hmotnými časticami, pohybujúcimi sa rýchlosťou menšou ako rýchlosť svetla, máme dobre overenú. OPERA otvára komnaty prírody, okolo ktorých sme doteraz chodili bez povšimnutia.
A ako som už spomínal, fyzici sú zdržanliví. V CERN-e bol napríklad v októbri zorganizovaný trojhodinový seminár vedúcich teoretikov, ktorý mal byť naživo vysielaný na internete. Je možno znakom doby, že vysielanie bolo bez vysvetlenia zrušené. A podľa Vlada Černého, ktorý bol v tom čase v CERN-e, nemal ten seminár ani priamo na mieste nijakú výraznú reklamu. Zopakujem do tretice – vedci sú zatiaľ zdržanliví.
____________________________________________________________________________
s Vladom Černým o CERN-e
.ty si vraj bol v CERN-e v čase, keď tam bol seminár o teoriách nadsvetelných neutrín. Bol si na tom seminári?
Nie, mal som v CERN-e inú robotu a bál som sa, že ju nestihnem urobiť. Ale zaujímavé je, že som sa o seminári dozvedel z telefonátu kolegov z Bratislavy, ktorí sa pýtali, prečo sa seminár nevysiela. Ja som ani nevedel, že sa koná, lebo v CERN-e tento seminár nebol nijako zvlášť propagovaný. Tú skromnú propagáciu aj to, že sa seminár nevysielal na internete, pripisujem istej – podľa mňa správnej – mediálnej opatrnosti CERN-u. Médiá majú tendenciu ísť po senzáciách a toto je potenciálne senzačná téma. Vec ale ani zďaleka nie je v štádiu ukončenia a bombastické titulky len škodia.
.o CERN-e vedela verejnosť zatiaľ len v súvislosti s urýchľovačom LHC, teraz sa dozvedela aj o inom experimente, ty robíš ešte na inom. Na čom robíš ty?
Som malým kolieskom v pripravovanom experimente NA62, ktorý chce zmerať pravdepodobnosť istého zriedkavého rozpadu častice, ktorá sa volá kaón. Súčasná teória predpovedá, že v prvom priblížení taký rozpad neexistuje, vyššie matematické korekcie dávajú nenulovú, ale extrémne malú hodnotu pravdepodobnosti takého rozpadu. Ak by sa namerala hodnota odlišná od predpovede súčasnej teórie, bola by to silná evidencia pre „novú fyziku“.
.vravíš, že si len malým kolieskom. Koľko ľudí pracuje na jednom takom experimente?
OPERA aj NA62 sú v porovnaní s tými na urýchľovači LHC relatívne malé. V experimente OPERA ide o spoluprácu niečo vyše dvesto ľudí, v NA62 je ich okolo stopäťdesiat.
.čo konkrétne tam robíš ty?
NA62 má ambíciu za dva roky zaregistrovať asi sto tých zriedkavých rozpadov. Ibaže za dva roky tam nastane okrem tých zriedkavých aj asi tisíc miliárd iných, nezriedkavých rozpadov kaónov. Aby sa z toho dalo vydolovať tých sto zaujímavých, musí sa už v okamihu registrácie každého rozpadu rýchlo rozhodnúť, či je šanca, že je to ten zaujímavý. Ak nie, potom nebudeme zahlcovať pamäťové médiá počítačov zbytočnou informáciou. Spúšť záznamu sa stlačí iba vtedy, ak považujeme dáta za sľubné. Pracujem v malej skupine, ktorá má na starosti zabezpečenie výmeny informácie medzi detektorom a jednotkou, ktorá rozhoduje o stlačení spúšte.
.keď na tom robí tak veľa ľudí a keď robia na takých rôznych a pritom takých špecializovaných úlohách, ako sa potom preveruje výsledok?
Súčasné experimenty sú veľmi komplexné. Je nemožné, aby jeden veľký šéf mal úplný prehľad o všetkých jemných detailoch. Každý detail niekto navrhne, niekto zrealizuje, niekto vyhodnotí a potom sa ten detail používa ako súčasť mašinérie. Kto niečo programoval, vie, že v každom programe je prakticky vždy nejaký chybný detail. A to isté platí neúprosne o všetkých komplexných ľudských výtvoroch. Preto sa vymýšľajú všelijaké overovania, kontrolné počítačové simulácie a podobne. Ale čert môže byť rafinovaný a dobre schovaný. Často nevystrčí rožky hneď. Ak je v OPERE čert, tak rožky už vystrčil. Ľudia z OPERY ho úporne hľadali, a nenašli. Preto išli na verejnosť, aby čerta hľadala celá fyzikálna komunita.
.a čo ak sa čert nenájde?
Budú ho hľadať veľmi detailne, ale nestavil by som príliš veľa peňazí, že ho nájdu. I keď mám tendenciu veriť, že tam niekde je. O všetkom asi rozhodnú iné, nezávislé experimenty. Ak tie nepotvrdia nadsvetelnú rýchlosť neutrín, nebude nutné rozpitvanie OPERY úplne dokončiť. Otázka však je, či iné experimenty budú dostatočne nezávislé. Najlepšie by bolo, aby sa problém atakoval nejakým principiálne iným spôsobom. Ak je v OPERE príliš rafinovaný čert, potom hrozí, že podobnú chybu môže urobiť aj iný experiment, ak nebude „dostatočne iný“. Cohen a Glashow prišli s principiálne iným nápadom, ale asi ušitým prirýchlou ihlou.
.ale ak je predstaviteľné, že chyba nám ujde, ako potom máme veriť iným výsledkom, získaným v týchto laboratóriách?
Tak, ako verím statikovi, že sa most nezrúti, a lekárovi, že sa po operácii prebudím. Nepredstierame, že je to vždy tak. Ale stavať mosty a vyrezať zapálené slepé črevo, to sú dobré a správne nápady. A hoci som čosi ako „vedecký pesimista“, nemám ani najmenšiu pochybnosť o tom, že vynaložiť peniaze daňových poplatníkov na snahu po poznaní, to je dobrý a správny nápad.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.