Fizikai Szemle honlap |
Tartalomjegyzék |
A Fizikai Szemle 2012/5 számában (két további szerzőtársunkkal) [1] bemutattuk a neutrínó sebességének mérésére vonatkozó OPERA-kísérletet, amely előbb fénynél gyorsabb neutrínókról számolt be, majd néhány hónap múlva visszavonta eredményeit, mert hibát találtak az időmérésben. Cikkünk befejezéseként amellett érveltünk, hogy bár a mérés hibásnak bizonyult, mégis előremutató hatással volt a fizika fejlődésére. Cikkünket követően Patkós András megírta véleményét Neutrínó - Áltudomány címmel [2]. Kifejtette, hogy a kísérlet vezetői helytelenül jártak el amikor olyan kísérleti eredményt tettek közzé, amely nyilvánvalóan hibás volt, hiszen alapvető elméleti megfontolásoknak mond ellen. Jelen írásunkban szeretnénk vitába szállni e véleménnyel, és megerősíteni, hogy nem volt szó volt áltudományról, annak ellenére, hogy az események utólagos ismeretében valóban felmerülhet a gyanú, hogy a kísérlet résztvevői nem végeztek el minden ellenőrzést az esetleges hibák kiszűréséhez.
Az OPERA-kísérlet előtt már történtek próbálkozások a neutrínó sebességének mérésére. Cikkünkben is beszámoltunk a MINOS-kísérletről, amely ugyan fénynél gyorsabb neutrínósebességet mért, de a mérés szisztematikus bizonytalansága olyan nagy volt, hogy fénysebességnél gyorsabb neutrínókra vonatkozó állításuk nem lehetett szignifikáns. Az OPERA-kísérletben gondosan végigelemezték, hogyan lehet a MINOS-kísérletet úgy megismételni, hogy a szisztematikus hibát minden lehetséges módon csökkentsék. Valóban sikerült is szellemes megoldásokkal jelentősen (közel tizedére!) csökkenteni a szisztematikus hibát, és így a mérés pontosságát jelentősen javítani. Minthogy a tudományos felfedezéseket a méréseink pontosságát célzó technikai fejlesztések teszik lehetővé, az OPERA mérését semmiképpen nem nevezhetjük áltudománynak.
Az OPERA-kísérlet kiértékelése vakon történt. A korszerű részecskefizikai kísérletek e nagyon lényeges feltétele azt jelenti, hogy a szisztematikus bizonytalanságokat - igazi mérési adatok nélkül - a legapróbb részletekig kidolgozzák. A OPERA-kísérletben részt vevők - bizonyosak lévén szisztematikájukban - az adatok gyűjtése után rögtön közölték az eredményt, még ha az ellent is mondott az elméleteknek. Gondoljunk bele: ha nem így tennénk, akkor nem tehetnénk olyan új felfedezést, amely a már ismert elméletek érvényességének határait feszegeti. A kísérletező feladata éppen az, hogy eddigi ismereteinket megkérdőjelezve, saját mérésének pontosságát tárgyilagosan, a lehető legjobban meghatározva adjon új mérési eredményeket. Az OPERA ezt tette, de sajnálatos módon elcsúsztak egy banánhéjon. Talán elfogadhatjuk azt a kritikát, hogy igazán nagyszabású eredmények különlegesen gondos ellenőrzést kívánnak. Ugyanakkor az is tény, hogy a bejelentés késztette az ICARUS-kísérletet a mérés megismétlésére, és az ő negatív eredményük után az OPERA gyorsan megtalálta a hibát, amit nyilvánosan el is ismertek. Ez utóbbi mozzanat nem jellemző az áltudomány terjesztőire.
Vajon veszített-e a tudomány bármit az OPERA-bejelentést követő gondolatviharban? Bizonyosan állíthatjuk, hogy nem. Születtek ugyan kétes értékű munkák nagy számban, azonban ezek szinte nyomtalanul tűntek el, a hivatalos bírálatot követően többségük nem jelent meg szakmai folyóiratokban. Ugyanakkor születtek érdekes gondolatok, amelyek kiállták a kétkedő kérdezők próbáját, megjelentek nyomtatásban, és gazdagították a fizikát.
A Standard Modellen (SM) túlmutató elméleti elképzelések nagy része úgy próbált magyarázatot adni a fénynél gyorsabb neutrínókra, hogy közben ne sértse a Lorentz-szimmetriát - legalábbis ne a Coleman-Glashow-cikkben [3] megfogalmazott közvetlen módon -, és ezzel kerülje meg a Cohen-Glashow-közleményben [4] írott feltételeket. Fontos kiemelni, hogy az új elméleti modellek egyrészt nem mondanak ellent az eddigi mérési eredményeknek, másrészt felvetik a modell további kísérletekkel történő ellenőrzését. Ezek közül csak érintőlegesen említünk kettőt.
Például a hipotetikus steril neutrínók az elhanyagolhatóan gyenge tömegvonzáson kívül nem hatnak kölcsön más SM-részecskékkel, és az SM-neutrínók is csak oszcilláció révén csatolódhatnak hozzájuk. Ha feltételezzük, hogy a steril neutrínók extra térdimenziókban is mozoghatnak, akkor repülési idejük rövidebb lehet a fényénél. Ha megköveteljük azt is, hogy sem a steril, sem a szokásos neutrínók nem léphetik túl a fénysebességet a szokásos 3+1 dimenzióban, akkor a Lorentz-szimmetria nem sérül, ellenben az oszcilláció miatt - a szokásos neutrínók esetén is - a fénynél gyorsabb repülést tapasztalunk. Ekkor a Cohen-Glashow-cikk megszorítása nem érvényes, hiszen nem szükséges, hogy a szokásos 3+1 dimenzióban a fénynél gyorsabb legyen a neutrínó.
Egy másik példa szerint az ötödik erő feltételezése alapján létezhet olyan új fizikai mező, amely más módon csatolódik a neutrínókhoz, mint a többi SM-részecskéhez. Az új mező és a neutrínók közti kölcsönhatás a neutrínók számára úgy módosíthatná a téridő geometriáját, hogy lehetővé válna a fény vákuumban mért sebességénél gyorsabb terjedés a Lorentz-szimmetria közvetlen sértése nélkül. Tehát ismét azt kapjuk, hogy az elmélet megkerüli a Cohen-Glashow-közleményben kirótt feltételeket.
Volt azonban más hozománya is a történetnek. Egyrészt összehozta a fizika különböző részterületein dolgozó kutatókat. Olyan kutatók között indult eszmecsere, akik általában nem szoktak egymással érintkezni. Másrészt a történet tanulságos lehet a fizikát kedvelő diákok és nagyközönség számára is. Példát mutatott arra, hogy az igazi tudományban semmi sincs bebetonozva, mindennek meg lehet kérdőjelezni, sőt rendszeresen meg is kérdőjelezzük az érvényességét. Előfordulhat, hogy kevéssé ismert fizikai egyedek viselkedésének megértése céljából a jelenleg biztosnak gondolt tudományos tézisek érvényességi körét felül kell vizsgálni, ismereteinket új elméletekkel szükséges bővíteni. Ez alól nem kivétel a Lorentz-szimmetria sem.
Nándori István, Trócsányi Zoltán