Última (?) Edição: O "problema" foi resolvido: era principalmente um problema na cadeia de distribuição, devido a uma fibra óptica mal parafusada. Uma descrição de alto nível do problema é fornecida aqui e uma explicação mais detalhada da investigação aqui.

Lista de possíveis vieses sistemáticos

Achei que seria uma boa ideia listar os possíveis vieses sistemáticos que poderiam levar o personagem de xkcd a ganhar sua aposta. Como muitos físicos (incluindo, eu acho, muitas pessoas da colaboração OPERA), acho que vai acabar como a anomalia Pioneer. Obviamente, a lista atual contém apenas tendências que são improváveis, mas menos improváveis ​​do que uma violação de causalidade.

Erros de localização e desvios de relógio

O artigo arXiv estudou-os e parece excluí-lo. A distância parece ser conhecida dentro de 20 cm e a sincronização parece estar dentro de 15 ns (6,9 estatísticos e 7,4 sistemáticos). No entanto, se isso acabasse sendo a explicação, seria muito chato.

Atualização: Rumores parecem dizer que a explicação enfadonha é o bom.

Não são os mesmos neutrinos detectados

Os neutrinos são emitidos em uma janela de 10,5 µs, 175 vezes mais do que o efeito observado. É possível que o neutrino emitido antes do tempo não seja exatamente igual ao que foi emitido mais tarde. A oscilação de neutrino pode, por exemplo, tornar os primeiros neutrinos mais detectáveis ​​pelo detector distante.

No entanto, os detectores foram construídos para medir a oscilação, então acho que a colaboração do OPERA pensou nisso e rejeitou Por qualquer motivo. Suponho que uma explicação nessas linhas significaria uma nova física de partículas interessante.

Atualização: esta possibilidade excluída por um novo experimento com pulsos de 3 ns.

Erros na análise estatística de tempo

O tempo em si é baseado em uma análise estatística bastante elaborada. Além disso, os pulsos são bastante longos (10 μs), então um erro nesta análise poderia facilmente ser da ordem de magnitude.

Atualização: Esta possibilidade excluída por um novo experimente com pulsos de 3 ns.

Você tem algumas respostas mais longas que já foram atualizadas, mas aqui está uma declaração concisa da situação em meados de 2014:

1. Uma medição independente feita pelo ICARUS colaboração, também usando neutrinos viajando do CERN para Gran Sasso, mas usando detector independente e hardware de cronometragem, encontrou tempos de detecção "compatíveis com a chegada simultânea de todos os eventos com velocidade igual, a da luz".

2. Em um comunicado de imprensa editado (e provavelmente na literatura revisada por pares também), todos os quatro experimentos com neutrinos no Gran Sasso relatam resultados consistentes com a relatividade.

3. Os resmungos que começam alguns meses após o relatório inicial, de que um cabo solto causou um erro na cadeia de temporização, foram aceitos pelos experimentadores. Frédéric Grosshans tem um link para uma boa discussão de Matt Strassler que inclui esta imagem: Você pode ver claramente que o deslocamento de tempo foi introduzido em meados de 2008 e não foi corrigido até o final de 2011.

É importante lembrar a escala do problema aqui. No vácuo, a velocidade da luz é de trinta centímetros por nanossegundo. No cabo de cobre / poli coaxial é mais lento, cerca de seis polegadas por nanossegundo, e na fibra óptica é comparável. Um conector de cabo ruim pode pegar um lindo sinal lógico digital e refletir parte dele de volta para o emissor, de forma dependente do tempo, transformando o sinal recebido em uma bagunça analógica de formato complicado. E um cabo pode estragar se alguém bater nele da maneira errada com a bunda enquanto está trabalhando na sala de eletrônicos.

(Na verdade, algo semelhante aconteceu comigo em um experimento: eu tinha um divisor de sinal analógico "lá em cima" que enviava um eco de sinal de volta para meus detectores "lá embaixo", e um pequeno pulso ecoado fraco voltou para cima depois de cerca de microssegundo e foi processado como outro evento. Acabei gastando vários milhares de dólares em terminadores de sinal para engolir o eco no andar de baixo. Era uma configuração incomum e precisava de hardware de terminação incomum e devo ter respondido à pergunta "mas você não poderia simplesmente" cem vezes.)

Gran Sasso é uma instalação subterrânea para experimentos de fundo - os detectores não podem ver os satélites GPS diretamente, porque há uma montanha no caminho, e seus o acesso à superfície é feito por um túnel cujo objetivo principal é o tráfego de uma grande rodovia italiana. Estou bastante impressionado que eles tiveram uma resolução de tempo de ~ 100 ns entre os dois laboratórios; a "descoberta" surgiu porque eles estavam tentando se sair dez vezes melhor do que isso.

Como experimentalista, não invejo os caras do OPERA de forma alguma. Tenho certeza de que passaram um ano inteiro cagando abacaxi porque não conseguiram identificar o problema. Quando finalmente divulgaram o resultado, tiveram a coragem de relatá-lo pelo valor de face. A comunidade ficou devidamente incrédula e o amplo interesse levou a um grande número de outras verificações que eles poderiam fazer. Medições independentes foram realizadas. Uma explicação foi encontrada. Ciência no seu melhor.

• Isso é mesmo remotamente possível?

Bem ... "possível," sim, mas mais ou menos como um túnel através de uma parede de tijolos é "possível": embora você não possa provar que é impossível definitivamente, você se sentiria muito seguro dizendo "isso nunca vai acontecer". A relatividade foi realmente bem testada, e é realmente difícil conceber uma maneira como os neutrinos pudessem viajar mais rápido que a luz sem ter outras consequências que já teríamos descoberto. Dito isso, não conheço o campo de dentro para fora e tenho certeza de que algum teórico teve alguma ideia maluca que o permite. Eu fiz outra pergunta que poderia resultar em algo.

• Se sim, seria uma violação real da invariância de Lorentz ou um "quase, mas não bastante "efeito?

Se os resultados do OPERA forem precisos, este efeito seria uma violação total de Lorentz real, não apenas um efeito aparente como a radiação Cerenkov ou movimento superluminal astronômico. É por isso que todo mundo está tão animado com isso. (A menos que os neutrinos sejam táquions; nesse caso, acho que a invariância de Lorentz ainda está tecnicamente intacta, mas a observação de um tachyon seria uma notícia igualmente importante.)

A configuração do CERN e do OPERA é conceitualmente muito simples , basicamente apenas dois observadores localizados a uma distância conhecida um do outro com relógios sincronizados. É uma medição direta da velocidade média. Não há nenhuma análise teórica complicada que precisa ser feita para determinar se a velocidade da luz foi excedida. Ou eles estão errados sobre a distância (medição incorreta ou há uma "fenda" do espaço-tempo na Terra :-P) ou o tempo (erro de sincronização do relógio ou desvio), ou eles realmente descobriram neutrinos superluminais.

De acordo com o Dr. Phil Plait, há um boato de que a conexão está com defeito. Em resumo: não há nada de errado com o cálculo , as suposições teóricas, a rotação da Terra, etc ... Um problema de hardware causou o intervalo de tempo de 60 ns.

Ainda é fofoca, então aceite isso com bastante cautela, mas aqui está o que ele tinha a dizer:

De acordo com fontes familiarizadas com o experimento, a discrepância de 60 nanossegundos aparece vir de uma má conexão entre um cabo de fibra ótica que se conecta ao receptor GPS usado para corrigir o tempo de voo dos neutrinos e uma placa eletrônica em um computador. Depois de estreitar a conexão e medir o tempo que os dados levam para percorrer o comprimento da fibra, os pesquisadores descobriram que os dados chegam 60 nanossegundos antes do previsto. Como esse tempo é subtraído do tempo total de vôo, parece explicar a chegada precoce dos neutrinos. Novos dados, entretanto, serão necessários para confirmar esta hipótese.

- fonte

ATUALIZAÇÃO 15/10/2011

Esse fenômeno pode ter sido explicado . O cerne do problema tinha a ver com diferentes referenciais - a distância percorrida de acordo com os satélites que mediam o tempo era diferente da distância percorrida de acordo com nós na Terra. Se você vai medir a velocidade (distância / tempo), você deve obter a distância e o tempo do mesmo referencial. Estávamos nos distanciando do nosso referencial e do tempo do (muito rápido) tempo de referência do satélite.

Este artigo explica de uma forma muito acessível:

Para entender como a relatividade alterou o experimento do neutrino, ajuda fingir que estamos em um daqueles satélites GPS, observando a Terra passar embaixo de você. Lembre-se, do referencial de alguém no satélite, não estamos nos movendo, mas a Terra está. Conforme o experimento do neutrino avança, começamos a cronometrar um dos neutrinos assim que ele sai da fonte na Suíça. Enquanto isso, o detector na Itália está se movendo tão rápido quanto o resto da Terra e, de nossa perspectiva, está se movendo em direção à fonte. Isso significa que o neutrino terá uma distância um pouco menor para viajar do que se o experimento fosse estacionário. Paramos de cronometrar o neutrino quando ele chega à Itália e calculamos que ele se move a uma velocidade confortavelmente abaixo da velocidade da luz.

"Isso faz sentido", dizemos, e enviamos a hora de início e o Pare o tempo para nossos colegas na Terra, que dão uma olhada em nossos números e surgem. "Isso não faz sentido", dizem eles. "Não há como um neutrino cobrir a distância que estamos medindo aqui no tempo que você mediu lá em cima sem ir mais rápido que a luz!"

E estão totalmente, 100% corretos, porque a distância que os neutrinos tiveram que percorrer em seu referencial é maior do que a distância que os neutrinos tiveram que percorrer em nosso referencial, porque em nosso referencial, o detector estava se movendo em direção à fonte. Em outras palavras, o relógio do GPS bate no nariz, mas como o relógio está em um referencial diferente, você precisa compensar a relatividade se for usá-lo para fazer medições altamente precisas.

O artigo original publicando essas descobertas está aqui: Tempos de voo entre uma fonte e um detector observado de um satélite GPS.

Postagem original

Fontes: [ 1] (Associated Press), [ 2] (Guardian.co.uk), [ 3] (Publicação original - Universidade Cornell)

Cientistas de todo o mundo reagiram com choque cauteloso na sexta-feira aos resultados de um laboratório italiano que parecia mostrar que certas partículas subatômicas podem viajar mais rápido do que a luz.

A jornada levaria um feixe de luz em torno de 2,4 milissegundos para ser concluída, mas depois de executar o experimento Opera por três anos e cronometrar a chegada de 15.000 neutrinos, os cientistas calcularam que as partículas chegou ao Gran Sasso 60 bilionésimos de segundo antes, com uma margem de erro de mais ou menos 10 bilionésimos de segundo. A velocidade da luz no vácuo é de 299.792.458 metros por segundo, então os neutrinos estavam aparentemente viajando a 299.798.454 metros por segundo.

Ignorando o boilerplate da mídia sobre as possibilidades de viagens no tempo e dimensões alternativas - Estou procurando fontes acadêmicas que possam sugerir como isso pode ser verdade ou, alternativamente, como essa discrepância pode ser explicada.

Eu li o artigo publicado, Medição da velocidade do neutrino com o detector OPERA no feixe CNGS , com suas descobertas. Parece que eles tomaram muito cuidado com a medição de distância e tempo.

Um dos ceticismo mais comum de pessoas que não sabem nada sobre o experimento são coisas como:

Você pode se preocupar se eles contabilizaram corretamente o tempo de atraso da leitura real dos sinais? O que quer que você esteja usando como um sinal de temporização, deve viajar pelos cabos até o computador e, quando se fala em nanossegundos, é preciso saber exatamente a velocidade com que a corrente viaja, e não é instantâneo. [ 2]

Este experimento não usa esse tipo de mecanismo de tempo de 'cronômetro'. Não há 'T = 0' e nenhum disparo único de neutrinos. O que é detectado são padrões de marca d'água no fluxo constante de partículas. Os fluxos na entrada e na saída têm um carimbo de hora usando os mesmos satélites e qualquer posição ao longo de cada fluxo tem um tempo preciso associado a ele. Ao identificar padrões idênticos em fluxos de entrada e saída, eles podem identificar quanto tempo levou para as partículas viajarem entre os pontos. [ 1]

Quanto à distância, eles usam leituras de GPS para obter a posição leste, norte e altitude ao longo do caminho percorrido para grande precisão. Tanto é assim que eles até detectam a migração lenta da crosta terrestre e milímetros de mudanças na distância entre a origem e o destino quando algo como um terremoto ocorre. Quando suas partículas estão viajando na escala (730534,61 ± 0,20) metros, isso é mais do que suficiente precisão:

Vai ser preciso muito mais do que ceticismo popular para pensar no que poderia ter causado essa discrepância. Já vi sugestões como a gravidade da Terra ser diferente ao longo do caminho dos neutrinos, o que deforma o espaço / tempo de maneira desigual. O neutrino pode não estar realmente viajando tão longe quanto eles pensam se o espaço / tempo for contraído em um ou mais pontos ao longo do caminho onde a gravidade varia.

De qualquer forma, estou interessado em ver como isso acontece . Como a maioria dos cientistas, meu palpite é um erro sistemático não explicado (porque eles definitivamente têm significância estatística e precisão do seu lado) que ainda não foi apontado, mas provavelmente não demorará muito com todos os físicos teóricos que serão derramando através deste experimento.

Suponha que seja real, que os neutrinos cheguem ligeiramente mais rápido do que a luz chegaria no vácuo. Isso não apontaria para a existência de um c ligeiramente maior que na verdade limita as velocidades, e uma ligeira desaceleração para a luz a partir deste máximo devido às interações do campo eletromagnético com outras partículas, incluindo partículas virtuais?

Afinal, você pode mover um elétron mais rápido do que um fóton no vidro, e não chamamos isso de fim da relatividade, mas de radiação Cherenkov >

Portanto, a definição do índice de refração pode precisar de ajuste, mas efetivamente o vácuo tem um índice de refração diferente de zero, ou melhor, o vácuo não está totalmente vazio. Que nós sabemos.

Faz sentido que um neutrino não esteja sujeito às mesmas interações, dada sua famosa relutância em interagir com qualquer coisa. Talvez seja apenas uma indicação de que as partículas no vácuo têm mais probabilidade de interagir eletromagnética do que fraca.

Ou estou trabalhando sob uma premissa falsa? A velocidade da luz no vácuo já está ajustada para interações de partículas virtuais?

Existem fortes razões para não acreditar neste resultado.

[Este parágrafo é refutado pelo resultado de 17 de novembro.] Ele usa um design experimental que nunca foi pretendido para esse propósito, e que é inerentemente pobre adequado para isso; os pulsos do feixe tinham 10.000 ns de largura, e o deslocamento que eles afirmam ter medido é de apenas 60 ns. Isso significa que a mudança só pode ser detectada estatisticamente, e torna o resultado extremamente vulnerável a erros sistemáticos imprevistos, por exemplo, correlações entre o tempo de emissão dos neutrinos e sua energia (que afeta fortemente a eficiência de detecção) ou a direção de emissão. Eles fizeram outra corrida no final de outubro, com pulsos de feixe de 1 a 2 ns de largura. Esse é o projeto correto se você deseja medir a velocidade dos neutrinos de maneira confiável. Eles deveriam ter simplesmente esperado até depois de terem esses dados antes de anunciar seus resultados. (Na verdade, cinco membros seniores da colaboração não colocaram seus nomes no papel.) Tenho uma aposta em andamento com um colega, por um pacote de seis de Fat Tire, que a nova corrida mostrará que o resultado original foi falso . O resultado pode ser anunciado já em novembro ou dezembro. [O resultado foi anunciado em 17 de novembro, e perdi meu tanquinho.]

Outra razão para não acreditar nisso é que existem razões fortes e razoavelmente independentes do modelo para acreditar que não pode ser correto. Um feixe de neutrino superluminal teria perdido grande parte de sua energia por meio da radiação, mas uma medição por outro detector mostra que esse não era o caso: http://arxiv.org/abs/1110.3763 ​​ Movimento superluminal para neutrinos também causariam movimento superluminal para elétrons, o que é contrário à observação http://arxiv.org/abs/1109.5682, e também teria causado uma supressão do decaimento de píons, de modo que o feixe pudesse nunca foram produzidos em primeiro lugar http://arxiv.org/abs/1109.6630. Tudo isso é válido independentemente dos detalhes do modelo. Por exemplo, vale tanto para neutrinos taquiônicos sem um quadro preferencial quanto para modelos em que os neutrinos não são taquiônicos e há um quadro preferencial.

Ainda outra razão para descrença é que a velocidade de propagação dos neutrinos foi medido com uma precisão muito maior por outras técnicas, então se você quiser acreditar no resultado do OPERA, você tem que postular uma dependência de energia muito estranha da velocidade.

• Isso é mesmo remotamente possível?

Bem, sim, claro que é possível da mesma forma que é possível que fadas de neutrinos invisíveis estejam mexendo com os neutrinos no subsolo e, portanto, causando estragos na saúde mental de físicos em todo o mundo. É apenas ... improvável, muito improvável, assim como a evidência de 4 sigma para nova violação de CP em dimuons de sinal semelhante era possível, apenas para cair de cara quando ATLAS e CMS não conseguiram ver a mesma coisa. Mas ainda é possível! Mesmo assim, vamos nos concentrar no que é mais provável: não há fadas de neutrino, e o conflito entre dados e relatividade especial está na probabilidade de >> 6-sigma ser um erro com o experimento.

• Se for o caso , seria uma violação real da invariância de Lorentz ou um efeito "quase, mas não exatamente"?

Seria um inferno de uma violação do traseiro de Einsten da invariância de Lorentz. Todas as partículas mostram o mesmo limite de velocidade da luz, mas os neutrinos com massa em repouso maior que a luz possuem um limite de velocidade maior?

Aposto todos os meus grãos na ideia de que eles não estimaram bem a curvatura do espaço-tempo dentro da terra e ao longo da trajetória do feixe, e o que eles realmente descobriram é uma ótima maneira de medir o espaço-tempo dentro do Terra .

EDITAR parece que este efeito foi considerado uma correção ausente devido aos termos de velocidade do satélite: http://arxiv.org/ abs / 1110.2685. Até eu ouvir ou ler qualquer contra-alegação a esse jornal, considerarei que este é um assunto resolvido

Pode ser que este problema tenha a ver com a velocidade da luz «unilateral» e o referencial que é utilizado. Afaik, as únicas medidas conhecidas do c são feitas em uma versão «bidirecional» (valor médio em um caminho fechado). Quando um fóton é liberado no espaço, ele começa sua jornada na velocidade c , independentemente da fonte e do receptor. O referencial CMB é claramente o único referencial para «observar» a luz como isotrópica. Conforme a Terra se move, observamos um dipolo e em diferentes direções medimos diferentes comprimentos de onda para o mesmo objeto físico (fóton).

Este artigo ( Princípio cosmológico e relatividade - Parte I) analisa a anisotropia da velocidade da luz para um observador em movimento.

Fig.3 e eq. 18, pag 14

A velocidade da luz unilateral é: $ c_ {A} ^ {r} = \ frac {c_ {0}} {1 + V / c_ {0} \ cdot \ cos \ phi_ {A}} $

Usando $ c_0 = 299792.458 $ Km / s é a velocidade da luz bidirecional, $ V \; $ é a velocidade do laboratório em relação ao CMB: $ V = V_ {SS} + V_E $ = 369 $ \ pm $ 30 km / s ( dados a partir daqui)
dá o valor máximo de $ \ frac {\ left | c_ {V \ pm \ delta V} -c_ {V} \ right |} {c_ {V}} \ cdot10 ^ {5} $ = 10.2.

Todas as medidas experimentais de | vc | / c estão dentro deste limite.

De qualquer forma, Einstein está correto.

Eu suspeito que a sincronização usada no GPS é a mesma que no artigo acima e não como Einstein fez.
Na foto Sat A deve ser sincronizado com C ao mesmo tempo através do caminho vermelho mais curto e através do caminho azul mais longo. Ao mesmo tempo, B está em sincronia com C por meio de outros caminhos com comprimentos diferentes. IMO isso só é possível se eles estiverem sincronizados como no artigo acima (observador instantâneo) e não no modo Einstein que considera apenas um caminho entre o observador e qualquer outro ponto (sincronização em torno da circunferência de um o disco giratório dá uma diferença de tempo não evanescente que depende da direção usada).

De qualquer forma, Einstein está correto e os neutrinos não são superluminais.
Uma leitura descuidada do papel pode fazer você pensar que ele é contrário a Einstein, mas não é.

Alguém percebeu isso?

Resultado rápido do neutrino pode ser devido a falha do instrumento

http: //www.newscientist.com/blogs/shortsharpscience/2012/02/speedy-neutrino-result-may-be.html

Cabo solto explica o defeito mais rápido -than-light 'Neutrino Result

http://www.space.com/14654-error-faster-light-neutrinos.html?utm_source=feedburner&utm_medium = feed&utm_campaign = Feed% 3A + spaceheadlines +% 28SPACE.com + Headline + Feed% 29

Houve um relatório muito confiável de encontrar um monopolo na década de 1980 por Caberera (?). Não houve outra explicação para a falha no arranjo do SQUID, mas a captura de um monopolo. Isso nunca se repetiu. Nunca confirmado. Nunca rejeitado como sendo um efeito falso. Acredito que essa questão precise de mais alguns anos de investigação. Uma questão de física deve ser repetidamente confirmada antes que um postulado ou uma inferência possam ser derivados. Mesmo depois dessa derivação, um experimento sensível deve ser percebido para analisá-lo ainda mais.

Esta não é uma resposta verdadeira ... ninguém sabe a explicação, até agora. No entanto, vou postar esta "consideração" de qualquer maneira ... Agora, 21 de novembro de 2011, com pulsos de 3ns, o novo valor para o "tempo perdido" é 62,1 ns +/- 3,7 (apenas 20 eventos). Minha resposta é apenas uma consideração "pretendida" que, se lida pelos experimentadores, poderia dar-lhes algumas pistas de "depuração".

Em primeiro lugar, minhas suposições:

é improvável que os neutrinos se tornem superluminais ou que o SR não seja mais verdadeiro

• é improvável que a distância seja medida incorretamente

• é improvável que a configuração / uso do GPS esteja incorreta

• também é improvável que a velocidade da luz foi medida incorretamente até agora.

Então duas hipóteses:

• o "tempo perdido" é 62,5 ns (compatível com 62,1 +/- 3,7 ns)

• a eletrônica envolvida na medição do tempo tem algum domínio do relógio rodando a 16 MHz.

Claro que a conclusão seria para investigar se há um circuito funcionando em um pulso de clock menor do que o esperado pelo projeto / teste.

Não concordo com as notícias dos neutrinos superluminais por razões muito simples. A diferença que encontraram com respeito à velocidade da luz é muito pequena, então alguns erros nos cálculos devem ter sido cometidos. Neutrino não é mais rápido que a luz. A Teoria da Relatividade Especial (STR) de Einstein, através do princípio do limite de velocidade, faz com que a força magnética venha da elétrica e a força magnética é uma força elétrica, como os físicos sabem; uma demonstração fácil disso pode ser encontrada no capítulo 3 do meu arquivo no seguinte link (também em inglês):

http://www.fisicamente.net/FISICA_2/UNIFICAZIONE_GRAVITA_ELETTROMAGNETISMO.pdf

Se você se livrar do princípio do limite de velocidade, o campo magnético não pode mais existir.

Além disso, como c = 1 / raiz quadrada de (epsilon x µ), se você mudar c com c '> c, então você tem que aceitar um µ'<µ, então você tem que aceitar diferentes intensidades de campos magnéticos de uma dada corrente elétrica, então você tem que se livrar do eletromagnetismo, mas ele está descrevendo tão bem as correntes, os campos, o mundo real etc. Portanto, há um erro no cálculo da velocidade dos neutrinos, nos cálculos do comprimento de corrida, nos cálculos do tempo de interação, durante a geração e também na detecção daqueles partículas evanescentes!

(outro arquivo interessante, também relacionado a este assunto):

http://www.mednat.org/new_scienza/strani_legami_numerici_univer so.pdf