Сотрудники коллаборации OPERA перепроверили результаты своего эксперимента, в котором измеряемая скорость движения нейтрино превысила скорость света в вакууме.

http://uploads.ru/t/C/x/3/Cx3zy.jpg http://uploads.ru/t/c/m/J/cmJuX.jpg

Детектор OPERA, напомним, смонтирован в подземной Национальной лаборатории Гран-Сассо и располагается примерно в 730 км (по прямой, проходящей сквозь земную кору) от источника мюонных нейтрино νμ — суперпротонного синхротрона Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН). Синхротрон разгоняет протоны до 400 ГэВ и подаёт их на графитовую мишень, где рождаются пионы и каоны, которые затем направляются в километровый тоннель и в полёте распадаются с образованием νμ.

Основной задачей OPERA всегда считалась регистрация нейтринных осцилляций — «возникновения» таонных нейтрино в подготовленных пучках мюонных. Экспериментальная схема с детектором, находящимся на большом расстоянии от источника частиц, однако, хорошо подходит и для оценки скорости движения мюонных нейтрино. Чтобы обеспечить высокую точность такой оценки, в 2008 году в ЦЕРН и Лаборатории Гран-Сассо установили идентичные системы, состоящие из GPS-приёмника и цезиевых атомных часов.

В сентябре физики опубликовали первые данные, полученные с помощью новых систем. В подготовленной ими статье были рассчитаны два связанных друг с другом параметра: δt (разность времён прохождения 730-километрой дистанции, одно из которых вычисляется для света в вакууме, а другое — измеряется опытным путём для νμ) и (v – с)/с, относительная разность скоростей мюонного нейтрино и света в вакууме. Величина δt оказалась равна 60,7 ± 6,9 (стат.) ± 7,4 (сист.) нс, а (v – с)/с — [2,48 ± 0,28 (стат.) ± 0,30 (сист.)]•10–5; поскольку эти значения положительны, нейтрино должны обгонять свет.

Два месяца, прошедших с момента публикации, исследователи потратили на проверку данных, отбраковав около 5% из зарегистрированных детектором OPERA 16 111 событий, которые учитывались при вычислении δt. Исключённые «ненадёжные» случаи взаимодействия нейтрино, как утверждается, могли искажать результаты, увеличивая расчётную скорость νμ. Во-вторых, экспериментаторы заново рассмотрели известные источники погрешности и оценили их вклад в общую погрешность. В-третьих, они уточнили величину огромной — микросекундной — задержки инструментального характера, на фоне которой в опыте определяется наносекундная разность времён.

После введения необходимых поправок значение δt снизилось до 57,8 ± 7,8 (стат.) +8,3–5,9 (сист.) нс, а (v – с)/с — до [2,37 ± 0,32 (стат.) +0,34–0,24 (сист.)]•10–5. Как видим, «старые» и «новые» результаты практически не отличаются друг от друга.

В дополненную и переработанную статью, которая готовится к публикации в Journal of High Energy Physics, также входит отчёт о дополнительной серии измерений, выполненных по модифицированной схеме. Первый вариант схемы многие критиковали за то, что длительность каждого сеанса выведения протонов на мишень составляла сразу 10,5 мкс. Поскольку определить точное время рождения каждого нейтрино, провзаимодействовавшего в детекторе, было принципиально невозможно, учёным приходилось работать не с отдельными событиями, отмеченными OPERA, а с их совокупностью: измеренное распределение моментов регистрации множества νμ сравнивалось с ожидаемым распределением.

В модифицированном варианте опыта протоны выводились на мишень импульсами длительностью всего в 3 нс, ширина интервалов между которыми равнялась 524 нс. Это позволило связать обнаруживаемые детектором нейтрино с конкретными импульсами, упростить методику расчёта и избавиться от тех ошибок, которые могла давать исходная методика.

Работа в новом режиме формирования пучка нейтрино продолжалась с 22 октября по 6 ноября. За две недели на мишень попало около 4•1016 протонов, детектор зарегистрировал 35 событий, а отбор прошли только 20 из них. По этим двадцати экспериментальным точкам и была рассчитана величина δt = 62,1 ± 3,7 нс, которая хорошо согласуется с указанными выше.

Теперь физикам остаётся лишь дожидаться подтверждения (или опровержения) данных OPERA в родственном эксперименте MINOS. Представители коллаборации MINOS уже заявили о том, что они планируют усовершенствовать используемую систему отсчёта и синхронизации времени и, возможно, завершат предварительную проверку результатов, полученных их коллегами, в начале следующего года.