Сверхсветовые скорости в природе
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
?ару электрон-позитрон. Эта пара нестабильна и быстро аннигилирует (аннигиляция - реакция превращения частицы и античастицы при их столкновении в какие-либо иные частицы, отличные от исходных) с испусканием фотона, аналогичного поглощённому. По оценке время существования энергии фотона в виде пары электрон-позитрон заметно снижает наблюдаемую скорость фотона в вакууме, так как фотон превращается в частицы с до световой скоростью. На основе этого вывода было сделано предположение, что скорость фотона увеличится при движении между пластинами Казимира. Из-за ограниченного пространства между пластинами некоторые виртуальные частицы, существующие в вакууме, будут иметь длины волн, превышающие расстояние между пластинами. Вследствие этого плотность виртуальных частиц между пластинами будет меньше, чем плотность виртуальных частиц снаружи. Таким образом, фотон, движущийся между пластинами, будет тратить меньше времени на взаимодействие с виртуальными частицами, снижающими его скорость. Конечным результатом станет увеличение скорости фотона, и чем ближе будут располагаться пластины, тем выше будет скорость света. Однако предсказанный эффект будет минимальным. Фотон, проходящий между двумя пластинами, расположенными на расстоянии 1 мкм, увеличит скорость на . Такое изменение скорости слишком мало для обнаружения существующими приборами, что не позволяет обнаружить эффект Шарнхорста в настоящее время.
Существование фотонов, движущихся быстрее скорости света, поставлено под сомнение, так как это может нарушить причинно-следственные связи, так как при этом информация распространяется быстрее скорости света. Однако несколько авторов указывают, что эффект Шарнхорста не может привести к причинно-следственным парадоксам.
5. Эксперименты
.1 Коллаборация OPERA
(Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) - эксперимент по изучению нейтринных осцилляций (нейтринные осцилляции - превращения нейтрино (электронного, мюонного или тау-онного) в нейтрино другого сорта (поколения), или же в антинейтрино.). Он направлен на доказательство гипотезы превращения одних типов нейтрино (электронные, мюонные и тау-нейтрино) в другие. Нейтрино - нейтральная фундаментальная частица с полуцелым спином, участвующая только в слабом и гравитационном взаимодействиях, и относящаяся к классу лептонов. В 2010 году в рамках эксперимента были получены прямые доказательства того, что мюонные нейтрино могут превращаться в тау-нейтрино.
Для эксперимента используется пучок мюонных нейтрино, создаваемый протонным суперсинхротроном (SPS) ЦЕРН в Женеве направленный в подземную лабораторию Гран-Сассо (LNGS), где находится детектор OPERA, использующийся в первую очередь для выявления тау-нейтрино появляющихся от осцилляций мюонных нейтрино. Путь в 732 километра от ЦЕРН до лаборатории Гран-Сассо занимает у частиц 3 миллисекунды. Детектор проекта OPERA состоит из примерно 150 тысяч элементов общей массой 1300 тонн: свинцовых пластин прослоенных эмульсионной плёнкой весом 8,3 кг каждая. Кроме них аппарат комплектуется электронными детекторами и другой вспомогательной инфраструктурой. Его сооружение было начато в 2003 году и завершено весной-летом 2008 года. В данный момент эксперимент в своей активной фазе.
В проекте OPERA принимают участие примерно 200 физиков из 36 институтов и 13 стран, в том числе и из России.
Рис. 9 - Детектор OPERA
сентября 2011 года в архиве электронных препринтов появился препринт статьи, в которой авторами анализируются возможные причины, приводящие к сверхсветовой скорости перемещения нейтрино от источника до детектора. Однозначной трактовки полученных результатов нет. За несколько недель было опубликовано несколько десятков работ, посвященных данному наблюдению. Например, в одной из работ высказано предположение, что сверхсветовая скорость была вызвана неучтенными релятивистскими эффектами движения спутников GPS относительно пучка нейтрино.
Позднее эксперимент был повторен тем же проектом на той же установке с измененной методикой: нейтрино отправлялись короткими импульсами длительностью 3 нс с интервалом в 524 нс, в результате чего было достоверно зарегистрировано 20 нейтрино. Измерение их скорости подтвердило первоначальные предположения об их движении со сверхсветовой скоростью.
В феврале 2012 года удалось выявить некоторые предполагаемые аппаратные ошибки в работе использованного нейтринного детектора OPERA. Однако, это не прояснило ситуацию окончательно, поскольку у этих погрешностей было разноимённое (в плюс и минус) влияние, а их точная величина - не установлена. Первый возможный источник погрешности - осциллятор, который используется для получения метки времени для синхронизации с GPS, что может привести к переоценке времени полёта нейтрино. Второй - оптический разъём волокна, которое передаёт сигнал GPS на часы OPERA. Его неправильная работа, вероятно, приводит к недооценке времени полёта нейтрино.
Повторные опыты были проведены в рамках эксперимента ICARUS. Этот детектор нейтрино также расположен в лаборатории Гран-Сассо и также способен ловить частицы, посылаемые из ЦЕРНа. Результаты опытов с короткими пучками частиц на ICARUS показали, что нейтрино достигли детектора в точном соответствии с теорией, то есть они не двигались быстрее света в вакууме.
Рис. 10 - Схема эксперимента, система синхронизации и карта, на которой показаны расположение ЦЕРН, Гран-Сассо и траектория движения нейтрино
В марте 2012 года в том же то?/p>