Sneller-dan-het-licht-neutrino’s

19 september 2011: Hebben ze bij Opera superluminale – sneller dan het licht – neutrino’s gezien?

Volgens nog onbevestigde berichten zouden natuurkundigen bij het Opera Experiment onder het Italiaanse San Grasso gebergte tau muon-neutrino’s hebben gezien – afkomstig van de 732 km verderop gelegen SpS (Super Proton Synchrotron) deeltjesversneller van CERN – die een paar nanoseconden minder tijd nodig hadden om er te komen dan wanneer ze met de lichtsnelheid hadden gereisd. Dat betekent dus dat die neutrino’s superluminaal waren, d.w.z. sneller dan de lichtsnelheid. OK, vele slagen om de arm bij dit bericht: bericht van het Opera-team is nog niet officieel, bevestiging van onafhankelijke andere experimenten is er nog niet, exacte ‘vertreksituatie’ van de neutrino’s bij SpS is niet bekend, blablabla… Maar toch! Het gaat om muon neutrino’s, die bij de SpS worden geproduceerd en die vervolgens in 2,44 milliseconden dwars door de aarde als tau neutrino’s bij Opera aankomen, een grote mix diep onder de grond van platen vol lood en emulsies. Neutrino’s zijn er in drie soorten (electron-, muon- en tau-neutrino’s) en de ene soort kan onderweg in de andere oscilleren. Gemeten tijden tussen vertrek en aankomst van de neutrino’s laten zoals gezegd zien dat de neutrino’s er minder tijd voor nodig hebben dan als ze met de lichtsnelheid zouden hebben gereisd, met voorbehoud natuurlijk van al die bovenstaande blabla’s. De statistische betrouwbaarheid van de – nog onbevestigde waarnemingen – zou maar liefst 6,1σ zijn. Komende vrijdag schijnt het Opera-team een presentatie te geven over de resultaten. We wachten dat met spanning af. Bron: A quantum diaries survivor + The Reference Frame.

23 september 2011: Het nieuws van de dag: neutrino’s die sneller gaan dan het licht

De gehele dag staan kranten, blogs, nieuwssites, forums en tweets vol met het nieuws dat men bij het Europese deeltjesinstituut CERN met het experiment genaamd OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) neutrino’s heeft waargenomen die sneller schijnen te gaan dan het licht. Lees hier bijvoorbeeld het officiële persbericht van CERN hierover. Astroblog-lezers kenden het verhaal natuurlijk al, want maandag j.l. berichtte ik over deze ‘ontdekking’, welke nog door andere experimenten moet worden bevestigd en die ook – vanwege allerlei onzekerheden – helemaal niet zeker op ‘superluminale’ neutrino’s hoeft te wijzen. In NRC-Handelsblad van vandaag kwam ik deze cartoon van Fokke & Sukke tegen. Magistraal! Er is zojuist een live webcast van wetenschappers bij CERN gehouden over de superluminale neutrino’s. Zodra daarvan een video op YouTube staat zal ik ‘m laten zien. Inmiddels is trouwens ook het vakartikel over de ontdekking van de superluminale neutrino’s verschenen. Heb je weer wat te lezen in het weekend.

24 september 2011: Twee uur webcast van CERN over de sneller-dan-het-licht-neutrino’s

Gisteren was er een bijna twee uur durende live webcast vanuit CERN in Genève over de mogelijke ontdekking van superluminale neutrino’s, dat wil zeggen neutrino’s die sneller gaan dan het licht. Voor degenen onder ons die dat gemist hebben is hier die webcast integraal te zien, waarin natuurkundige Dario Autiero (Institut de Physique Nucleaire de Lyon) ingaat op de experimenten van OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus), waarin men op de neutrino’s stuitte.

Bron: CERN.

25 september 2011: Waren de neutrino’s van supernova SN 1987A niet vier jaar te laat?

Deze week werd wereldnieuws dat men bij het OPERA experiment onder het Italiaanse San Grasso gebergte neutrino’s afkomstig van de 732 km verder gelegen SpS deeltjesversneller van CERN waargenomen heeft die sneller dan het licht gingen. Enkele snelle broeders onder de muon-neutrino’s – die oscilleerden in tau-neutrino’s – waren 60 nanoseconden te vroeg aangekomen en dat duidt er op dat ze superluminaal zijn, d.w.z. sneller dan de lichtsnelheid gaan. Dat ‘ietsje’ is volgens de betrokken natuurkundigen:

(v-c)/c = δt/(TOF_c - δt) = (2,48 ± 0,28 (stat.) ± 0,30 (sys.)) x 10^-5

Ze gingen dus 1,000025 keer zo snel als het licht!  Het is een waarneming die nog helemaal niet is bevestigd en waar wellicht ook nog andere verklaringen voor gevonden worden, dus het is allemaal omgeven met de nodige mitsen en maren. Maar stel nou dat neutrino’s inderdaad sneller kunnen reizen dan het licht, dan is er een probleem met betrekking tot de waarneming van 24 neutrino’s, welke op 24 februari 1987 door drie verschillende detectoren op aarde werden waargenomen en die allen afkomstig waren van supernova SN 1987A. Dat was een supernova die plaatsvond in de Grote Magelhaense Wolk, 166.912 ± 10,1 lichtjaar van ons verwijderd. Het waren feitelijk anti-electron neutrino’s¹ en 11 van die 24 werden gedetecteerd met de Japanse Kamiokande II detector, 8 met de Amerikaanse IMB en 5 met de Russische Baksan detector. De neutrino-puls van de supernova duurde in totaal 13 seconden. Drie uur ná de neutrino-puls kwam de optische puls binnen, de fotonen die met gewone telescopen werden waargenomen. Dit was de eerste – en sindsdien ook laatste keer – dat neutrino’s afkomstig van een supernova werden waargenomen. OK, maar stel nou dat die neutrino’s inderdaad een poepie sneller gaan dan de lichtsnelheid, wanneer hadden ze dan moeten aankomen?

2,48 x 10^-5 x 166912 = 4,14 ± 0,97 jaar eerder

Dus niet op 24 februari 1987, maar ruim vier jaar eerder, eind 1982 of begin 1983, hadden die neutrino’s moeten aankomen, volgens de bij OPERA gemeten snelheid. Het kan natuurlijk zijn dat er toen inderdaad een stoot superluminale neutrino’s onze kant uit kwam, maar dat we die gewoon gemist hebben. Het kan ook zijn dat er misschien een verschil is tussen de zwaardere muon- en tau-neutrino’s (energie ≈ 17 GeV) die bij OPERA worden gedetecteerd en de lichtere anti electron-neutrino’s (≈ 10 MeV), die van SN 1987A afkomstig waren. Of dat neutrino’s misschien helemaal niet sneller dan het licht gaan? Afijn, leuke discussies die het gevolg zijn van de waarnemingen bij OPERA. Er zullen er nog vele volgen. Bron: Neutrino Blog + Wikipedia.

30 september 2011: Sixty Symbols over de FTL neutrino’s

Binnen een week is het in de blogosfeer een ingeburgerde term geworden: FTL neutrino’s. Faster than light neutrino’s, goed geraden, neutrino’s die bij het OPERA-experiment in Italië sneller dan het licht lijken te gaan. De wetenschappers die betrokken zijn bij het Sixty Symbols project hebben er een interessante video over gemaakt:

Bron: Astropixie.

8 oktober 2011: Gedoe bij OPERA over de sneller-dan-het-licht-neutrino’s

Je kon het zien aankomen: er is ‘gedoe’ rondom waarnemingen van het OPERA-experiment aan de superluminale neutrino’s, dat wil zeggen neutrino’s die sneller dan het licht zouden gaan. Vanaf de allereerste geruchten² en de officiële bekendmaking op 23 september j.l. is er veel discussie gaande rondom de metingen en de algemene tendens is dat er wel ergens een fout in de metingen zal zijn gemaakt. Afgelopen week was er een leuke discussie in Amsterdam tussen de hoogleraar hoge energie astrofysica Ralph Wijers, hoogleraar experimentele hoge energie fysica Stan Bentvelsen en wetenschapsjournalist van de Volkskrant Martijn van Calmthout, die ging over de vraag of het nou wel verstandig was van het OPERA-team om hun resultaten op het arXiv te publiceren, terwijl er nog zoveel onzekerheden over de waarnemingen zijn. Lees het verslag op Folioweb over de levendige discussie er maar over. Nu blijkt dat er ook in het OPERA-team zelf spanningen zijn: van de 170 betrokken natuurkundigen waren er tien die het vanaf het begin niet goed vonden dat de publicatie op het arXiv plaatsvond. Onder hen enkele ‘groepsleiders’ – het team telt er dertig. Sinds de 23e september is de groep die eigenlijk niet wilde publiceren gegroeid. Het artikel is nog niet officieel in een wetenschappelijk vakblad gepubliceerd en die stap gaat velen te ver. Eigenlijk wil men de eigen resultaten – die gebaseerd waren op 16000 ‘gebeurtenissen’ van muon-neutrino’s tussen 2009 en 2011 – geverifieerd zien met andere experimenten. Daarbij wordt met name gekeken naar het Amerikaanse MINOS-experiment, dat nog minstens een half jaar bezig is om hun eigen gebeurtenissen te analyseren. Wordt gevolgd. Bron: Physics World.

15 oktober 2011: Is het raadsel van de sneller-dan-het-licht-neutrino’s opgelost?

Sinds vorige maand bekend werd gemaakt dat men bij het OPERA-experiment onder het Italiaanse San Grasso gebergte muon-neutrino’s heeft gezien die een tikkeltje sneller gaan dan het licht is een enorme hoos verschenen aan mogelijke verklaringen. Strekking van die verklaringen: ergens is in de waarnemingen een fout gemaakt en gaan de neutrino’s helemaal niet sneller dan het licht óf de waarnemingen kloppen en de relativiteitstheorie moet worden herzien. Er zijn inmiddels al meer dan 80 wetenschappelijke artikelen over de ‘superluminale’ neutrino’s – ook wel de FTL-neutrino’s genoemd, de Faster than light neutrino’s – verschenen op het arXiv, het archief van e-Prints, waar wetenschappers hun artikelen plaatsen vóór de officiële publicaties. Eén van die publicaties is het artikel genaamd “Times Of Flight Between A Source And A Detector Observed From A GPS Satellite“ van de Nederlandse natuurkundige Ronald van Elburg en als ik de diverse blogs goed begrepen heb is zijn verklaring erg plausibel. Van Elburg stelt – net als vele anderen – dat een fout is gemaakt bij het OPERA-experiment. Nog even in kort bestek dat experiment: een bundel neutrino’s werd in de SPS deeltjesversneller van CERN bij Genève bij protonenbotsingen geproduceerd en ‘afgeschoten’, dwars door de aarde heen naar het OPERA-experiment, 732 km verderop in Italië. Een deel van de neutrino’s kwam 60 nanoseconde te vroeg aan, daarmee sneller gaand dan het licht. Van Elburg betoogt dat het met die afstand wel goed zit, met GPS-methodes kon men die tot op 20 cm nauwkeurig bepalen en dat is prima gedaan. Maar wat volgens hem niet goed is gegaan dat is de synchronisatie van de klokken bij CERN en OPERA. De daarvoor benodigde GPS-satellieten bewegen 20.000 km boven de aarde van west naar oost in een baan die een inclinatie van 55° met de evenaar heeft.  Ongeveer in dezelfde richting als de neutrino’s bewogen. Bezien vanuit het perspectief van de GPS-satellieten beweegt de uit loodplaten bestaande detector van het OPERA-experiment zich naar de bron van de SPS versneller bij CERN. De weg tussen start en finish is daarom voor de GPS-satellieten korter, conform de referentiekaders uit de speciale relativiteitstheorie van Einstein. Bij de start in Genève levert dat 34 nanoseconden verschil op en bij het einde onder het San Grasso gebergte ook, dus in totaal 64 nanoseconden. Van Elburg denkt rekening houdend met deze relativistische beweging van de GPS-satellieten het waargenomen verschil van 60 nanoseconden verklaard te hebben. Ergo: de speciale relativiteitstheorie staat nog fier overeind en hoeft niet in de prullebak. Bron: Technology Review.

18 oktober 2011: ICARUS: neutrino’s gaan NIET sneller dan het licht

Met dezelfde – superluminale, woehahaha – snelheid als waarmee het OPERA-experiment neutrino’s een snelheid toekende die hoger lijkt te liggen dan de lichtsnelheid lijkt het ICARUS-experiment (Imaging Cosmic And Rare Underground Signal) de neutrino’s weer terug te bonjouren tot de normale wereld, waar de lichtsnelheid de allerhoogste snelheid is en waar Einstein’s Speciale Relativiteitstheorie gewoon nog geldig is. En het mooie is dat beíde experimenten diep onder de grond worden uitgevoerd onder dezelfde massieve rotsen van het San Grasso gebergte in Italië. Net als bij OPERA wordt de ICARUS-detector bestookt met neutrino’s die afkomstig zijn van de 730 km verder gelegen SPS deeltjesversneller van CERN bij Genève. Een paar weken geleden werd een artikel op het wetenschapsarchief arXiv gepubliceerd van het duo Andrew Cohen en nobelprijswinnaar Sheldon Glashow, waarin betoogd wordt dat neutrino’s die sneller gaan dan het licht een karakteristiek energiespectrum moeten hebben, dat eenvoudig te meten moet zijn. En wat blijkt: op grond van het gemeten energiespectrum bij aankomst van 100 muon-neutrino’s in de ICARUS-detector – zie de afbeelding ervan hiernaast – blijkt dat de neutrino’s NIET sneller gaan dan de lichtsnelheid. Kans dat ze er naast zitten: 4 op 10 miljard. Kans bij OPERA dat ze er naast zitten: 1 op 50 miljoen. Kortom, exit superluminale neutrino’s. Bron: Quantum Diaries Survivor.

27 oktober 2011: Video’s van het minisymposium over ‘neutrino’s sneller dan het licht?’

Naar aanleiding van de recente ophef over de mogelijke waarneming van neutrino’s die sneller kunnen gaan dan het licht organiseerde de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen (KNAW) afgelopen maandag 24 oktober hier een minisymposium over. Topwetenschappers Frank Linde, Robbert Dijkgraaf, Ed van den Heuvel en Jan-Willem van Holten gingen die avond in op vragen als: wat is nu werkelijk gemeten? Wat zijn de gevolgen voor natuur- en sterrenkunde? Wordt tijdreizen nu mogelijk? Alles is gefilmd en terug te zien:

Prof. Frank Linde over de sterke en zwakke kanten van de snelheidsmetingen van neutrino’s door de aardkorst from KNAW on Vimeo.

Prof. Robbert Dijkgraaf over de implicaties van supersnelle neutrino’s voor het bouwwerk van de natuurkunde from KNAW on Vimeo. In z’n rede heeft Dijkgraaf het overigens over de Japanse neutrinodetector Superkamiokande, waarvan de lampen in 2011 grotendeels kapot gingen en dat Osama Bin Laden dat vanuit z’n schuilplaats prees:

Bakhrubabad, Afghanistan - Speaking from his hidden mountain stronghold, Osama bin Laden praised the destruction of the Super-Kamiokande neutrino detector Tuesday. The terrorist leader said neutrinos are “…an abomination on the face of God,” and termed the search for neutrinos “…idolatry, which will be smashed beneath the fist of righteousness.” Bin Laden, who once called neutrinos “little messengers of Allah” abruptly reversed his stand upon learning that a steady stream of neutrinos was constantly penetrating every cell in his body. He now vows “not to rest until the last neutrino has been obliterated from the face of the earth.” Bron: Slashdot.

Prof. Ed van den Heuvel over eerdere metingen van snelheden van kosmische neutrino’s from KNAW on Vimeo.

Prof. Jan-Willem van Holten over de implicaties van supersnelle neutrino’s voor tijdreizen en causaliteit from KNAW on Vimeo.

Bron: KNAW.

16 november 2011: Geruchten: OPERA blijft maar sneller-dan-het-licht-neutrino’s zien

Het gaf de nodige beroering in de natuurwetenschappelijke wereld toen in september het team van het OPERA-experiment in Italië bekendmaakte dat ze neutrino’s hadden waargenomen die ietsje sneller lijken te reizen dan de lichtsnelheid. Muon-neutrino’s die in de SPS-deeltjesversneller van CERN in Genève worden geproduceerd worden naar de OPERA-detector onder het San Grasso gebergte 732 km verderop geschoten, een tochtje waar ze 2,44 milliseconde (0,0024 seconde) over doen. Een deel van de neutrino’s kwam 60 nanoseconde (0,00000006 seconde) te vroeg aan, waarmee ze sneller gaan dan het licht – iets wat volgens de Relativiteitstheorie van Einstein niet kan. Er kwam een golf van kritiek op de bekendmaking en de meeste critici waren van mening dat het OPERA-team ergens in de meting een fout moet hebben gemaakt. Eén van de kritiekpunten was dat de lengte van de pulsen van de neutrino’s te lang zou zijn. Er worden door OPERA geen losse neutrino’s gemeten, maar groepen neutrino’s, die pulsgewijs door SPS worden geproduceerd. Door de lange pulsperiode zou de marge in de gemeten tijd van start en van aankomst te groot zijn. Om aan deze kritiek tegemoet te komen hebben ze de metingen tussen 21 oktober en 6 november bij OPERA opnieuw gedaan, waarbij de pulsperiode (‘bunch spacing’) verkort is tot slechts 2 nanoseconde. En wat blijkt nou volgens enkele natuurkundigen op Twitter, Jessie Shelton en Lisa Randall? Dat ze nog steeds FLT-neutrino’s zien, Faster than light neutrinos. Over twee dagen zou er een wetenschappelijk artikel worden gepubliceerd. OK, betekent dit dat neutrino’s inderdaad sneller kunnen gaan dan het licht, indien de geruchten kloppen? Nee, dat betekent het helemaal niet. Per slot van rekening zijn er heel wat andere argumenten te bedenken naast die pulsperiode, die de metingen kunnen verklaren, zoals de verklaring van Ronald van Elburg, die te maken heeft met de tijdmeting waarbij de GPS-satellieten betrokken zijn. We wachten deze week maar even af of de geruchten juist zijn. Bron: The Reference Frame.

19 november 2011: Yep, OPERA ziet neutrino’s weer sneller gaan dan het licht

Afgelopen woensdag was het nog een gerucht dat rond zoemde op internet, nu is het een feit: het team natuurkundigen verbonden aan de OPERA detector in Italië heeft na verbeterde waarnemingen opnieuw neutrino’s gezien die sneller lijken te gaan dan het licht. Aldus het wetenschappelijk artikel dat het OPERA-team bekend heeft gemaakt en dat hier te downloaden is:

OPERA - neutrino's sneller dan het licht

Het artikel is ook ter publicatie aangeboden aan het Journal of High Energy Physics. Een artikel zetten op de arXiv is leuk, maar het echte werk begint uiteraard pas na officiële publicatie in een wetenschappelijk tijdschrift, het liefst eentje van naam. Twee maanden geleden was OPERA wereldnieuws, toen ze met het nieuws kwamen dat de muon-neutrino’s, die vanuit de 732 km verderop gelegen SPS-deeltjesversneller van CERN bij Genève naar de 1200 ton zware uit  loodplaten bestaande OPERA-detector onder het San Grasso gebergte in Italië worden geschoten, sneller lijken te gaan dan de lichtsnelheid. De ‘superluminale’ neutrino’s, ook wel FTL-neutrino’s genoemd – faster than light, yep – arriveerden 60 nanoseconden eerder bij OPERA dan volgens de verwachtte aankomsttijd, die op de lichtsnelheid c was gebaseerd. Er kwam veel kritiek op de waarnemingen en die sloeg onder andere op het feit dat de neutrino’s niet individueel worden geklokt tussen start (SPS) en finish (OPERA), maar groepsgewijs. Neutrino’s zijn ook zo ongrijpbaar, dat ze niet individueel te klokken zijn. Daarom keken de natuurkundigen naar de protonen, die in de SPS-versneller tegen elkaar botsten en zo de neutrino’s produceerden. Zou die start niet een fout bevatten, bijvoorbeeld dat de trefplaat waar de protonen tegenaan knalden iets opwarmde en zo méér neutrino’s produceerde, zodat het ‘peleton’ aan neutrino’s dat richting OPERA vertrok ongemerkt langer was dan men dacht. Om in ieder geval deze ene kritiek te pareren heeft het OPERA-team nieuwe waarnemingen gedaan en daarbij hebben ze zo’n lang peleton aan neutrino’s opgeknipt in uiterst korte pulsen (3 nanoseconde) met lange tussenpozen van 524 ns er tussen, zoals je ziet op de volgende afbeelding:

Wat blijkt nu uit de waarnemingen: dat de 20 neutrino’s die in de loodplaten van OPERA werden ‘gevangen’ opnieuw sneller ging dan het licht en opnieuw met een voorsprong van ongeveer 60 nanoseconde. Kijk maar naar de gemeten resultaten:

Zouden de neutrino’s met de lichtsnelheid gaan, dan zouden ze bij 0 op de horizontale as moeten zijn aangekomen. Maar waar kwamen ze aan? Bij 60 ns, merkwaardig genoeg in twee bupjes daaromheen. Twee keer heeft OPERA nu superluminale neutrino’s gezien. Het wordt tijd dat ook een andere detector de waarnemingen kan bevestigen. Vanaf maart volgend jaar hopen ze bij de MINOS-detector in de VS hetzelfde te kunnen doen. Wordt vervolgd. Bron: Starts with a bang + NRC-Handelsblad, 19 november 2011.

22 februari 2012: OPERA-meting sneller-dan-licht-neutrino’s fout door kapotte schakeling

Hoeveel artikelen, hoeveel blogs, hoeveel discussies, hoeveel video’s zijn er wel niet besteed aan de superluminale neutrino’s, de neutrino’s die volgens metingen van het OPERA-experiment in Italië sneller zouden gaan dan het licht? Ik lees net een – nog onbevestigd bericht – dat ‘t allemaal wel eens verspilde moeite zou kunnen zijn, omdat de meting verkeerd blijkt te zijn geweest als gevolg van een kapotte schakeling tussen een GPS eenheid en een computer. De neutrino’s zouden volgens de metingen – die later nog eens herhaald werden en dezelfde resultaten te zien gaven – over de 732 km tussen de neutrino-bron bij CERN in Zwitserland en de OPERA-detector onder het San Grassogebergte bij L’Aquila in Italië 60 nanoseconden te snel zijn geweest, hetgeen ze superluminaal – sneller dan het licht – zou maken. Het nieuws van de dag is dat een kapotte schakeling tussen een glasvezelkabel van een GPS ontvanger en een computer de dader van de meting is. Wordt de schakeling vervangen door een correcte, dan verdwijnt de ‘voorsprong’ van 60 nanoseconden. Oeps, foutje bedankt! Bron: ScienceInsider.

Noot:

1. Je hebt drie ‘gewone’ soorten neutrino’s, de electron-neutrino’s, muon-neutrino’s en tenslotte de tau-neutrino’s. Deze hebben allen een anti-materiedeeltje. [↩]
2. Op de viXra blog hebben ze een tijdlijn van de geruchten gemaakt: zo waren er 16 september anonieme commentaren op Resonaances en viXra, waarin gewezen werd op de superluminale neutrino’s. Op 19 september schreef Tomasso Dorigo er een blog op z’n Quantum Diaries Survivor over. Dezelfde dag berichtte ik er op de Astroblogs over – Adrianus, goed gedaan jochie. Op 23 september was het wereldnieuws. [↩]