揭秘光速被超越：相对论或许将被改写
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2011 年9月22 日下午，意大利格兰· 萨索国家实验室的 OPERA(Oscillation Project ith Emulsion-tRacking Apparaturs 的缩写)项目组宣布，他们探测到的中微子速度超过了光速，将一篇学术论文发布在著名学术论文网站arXiv 上。
在文章中，项目组谨慎地表示，他们反复检查了所有可能出现的误差，但还是解释不了中微子为何会比预计时间早到了约60 纳秒(中微子是从欧洲核子研究所发出，目的地是意大利格兰· 萨索国家实验室，两地相距约730 千米。通常来说，中微子应该和光到达)，只得将测量结果公之于众，希望整个物理学界帮助他们找出可能出现的错误。
一纳秒是十亿分之一秒，光速约为每秒30 万千米。一纳秒内，光可以前进30 厘米，由于中微子速度和光速差不多，中微子在60 纳秒内比光多跑了18 米，说明中微子的速度比光速快了四万分之一倍。这个相对增速并不大，但恰好在OPERA 实验可以探测到的范围内。如果将数据统计和实验仪器的不确定性加起来，OPERA 实验的误差在10 纳秒左右，所以60 纳秒这个数字，绝不能简单地用误差来解释。
如果该结果得到验证，相对论，这个已被检验了无数次的物理学基础理论将被动摇，后果和影响将是巨大的。所以，物理学家在采取谨慎态度对待这个实验结果的，还怀着强烈的期待——不论这期待是什么。
不可思议的实验
我们来回顾一下OPERA 实验的过程。，欧洲核子研究所的超级质子同步加速器产生出4 000 亿电子伏的质子流。这些质子经过一段管道后，击中一块长为两米的石墨，产生κ介子和π介子，这些介子继续前行一千米，在此过程中衰变成μ子和μ子型中微子。接着，所有这些粒子与一个铁－石墨靶碰撞，除了中微子外，其他粒子都会被阻挡。
由于中微子能穿过任何物体，它们直接飞往格兰· 萨索国家实验室。，研究人员会测量μ子的数量，所得结果将和格兰· 萨索实验室测量到的中微子数相比较。中微子从欧洲核子研究所到格兰· 萨索实验室的旅行都是在地壳中进行，距离是732 千米。这个距离是用全球定位系统(GPS )来测量的，两地时钟也是通过这个系统来校准。OPERA 项目组称，距离的测量误差不会超过20 厘米，时钟的误差也不超过10 纳秒。通过长达半年的数据分析，项目组终于宣布了惊人的初步结果。
把初步结果公布在arXiv 上之后，OPERA 项目组又要求欧 洲核子研究所提供新的质子流，因为此前的质子流太长，这会引起不必要的误差。新的质子流不到一米长，相当于光速运行 3纳秒的距离，远短于60 纳秒，这就排除了最可能出现的误差。进行了半个月的重复实验后，研究人员探测到20 个中微子，结果中微子的到达时间仍提前了62.1 纳秒。，不同的研究人员还重新分析了此前的数据，得到的结果是，中微子的到达时间平均提前了57.8 纳秒，这与重复实验的结果是吻合的。经过近两个月的细心检查和重复实验，OPERA 项目组把9月23 日的那篇文章加长了10 页后，终于正式向学术期刊投稿了。
质疑
尽管经过长时间的数据分析和重复实验，OPERA 项目组自认已经排除了所有可能出现的误差，但在学术界，大多数科学家仍对OPERA 实验持怀疑态度。要判断这个结果到底有多大可信度，我们要考虑它是否与以前的高能物理实验相矛盾。
在此之前，科学家就做过与中微子速度相关的实验。比如，美国费米实验室就曾做过这类实验，给能量在300 亿到2 000 亿电子伏之间的中微子定一个速度范围——不论低于还是超过光速，它们与光速的速度偏差都不应该超过两万五千分之一(也就是说，这是误差允许的范围)。这个范围与OPERA 实验并不矛盾，因为在该实验中，中微子的速度只超过光速四万分之一。不过在2007 年，费米实验室的一个研究组在实验中发现，30 亿电子伏的中微子的速度似乎比光速快了两万分之一倍，明显超出上述速度范围，但在当时，这个结果没有引起物理学界的重视，主要原因是误差太大，实际结果可能低于光速。
看上去直接与OPERA 实验相矛盾的，是在1987 年针对一颗超新星的观测实验。这颗超新星被命名为1987A ，当时，科学家观测到这颗距离我们近17 万光年的超新星的，也观测到了大约20 个中微子。比较光子和中微子到达地球的时间，研究人员得出的中微子的速度范围是，与光速的偏差不会超过五亿分之一，这远小于四万分之一，与意大利实验相矛盾。，该观测实验却与OPERA 实验有几个不同之处第一，超新星辐射出的中微子中，绝大多数是反电子型中微子；第二，地球上探测到的中微子的能量只有1 000 万电子伏，远远小于 OPERA 实验探测到的中微子能量——后者的能量范围是140 亿到400 亿电子伏；，超新星发出的中微子绝大多数是在太空中旅行，而OPERA 的中微子则是在地壳中前行。，超新星观测实验与OPERA 实验的结果是否真的矛盾，还值得商榷。
在网上，9月23 日的那篇论文已经被引用160 多次，而引用该论文的文章，半数奇事网以上都是研究超光速中微子相关问题的。这些文章中，多数是用不同的理论来解释中微子的超光速现象，少数是质疑这个实验结果的。而在众多质疑的文章中，美国科学家安德鲁· 科恩(Andre Cohen )和1979 年诺贝尔物理学奖得主谢尔顿·格拉肖(Sheldon Glasho )的文章最引人注意(参见本期前沿扫描《超光速中微子》)。他们指出，根据弱相互作用理论，如果中微子的速度超过真空光速，中微子会辐射电子和正电子，损失能量。不论欧洲核子研究所发出的中微子起始能量有多大，到达格兰· 萨索的中微子的能量都不能超过125 亿电子伏，这显然与OPERA 的测量结果相矛盾。，在科恩和格拉肖的计算中，他们假设了中微子的能量与速度存在依赖关系，很多人认为，如果改变能量与速度的依赖关系，中微子也许就不会损失能量。但我们的计算发现，不论如何改变这种的依赖关系，中微子都不可避免地会损失很多能量。