Zbogom, Ajnštajne!

Da li je Ajnštajnova teorija relativnosti netačna? Nakon izvesnih nagoveštaja i vesti koje su prošle nedelje prenošene sa nevericom, u petak je u živoj video konferenciji Evropske laboratorije za nuklearna istraživanja (CERN) zvanično saopšteno šokantno otkriće čije se posledice po nauku u ovom trenutku teško mogu i zamisliti – da postoje subatomske čestice koje putuju brže od svetlosti.

Prema jednom od dva postulata teorije relativnosti, brzina svetlosti najveća je moguća brzina u Univerzumu. Međutim, sasvim neočekivano, u eksperimentu koji zajedno izvode CERN i italijanska Gran Sasso laboratorija snimljena su neutrina kako putuju brzinom nešto većom od one za koju fizičari već pun vek veruju da je nedostižna. Brzina svetlosti u vakuumu iznosi 299.792,5 kilometara u sekundi, dok su neutrina ulovljena u prekoračenju brzine pri za fiziku XX veka nemogućih 299.798,5 kilometara u sekundi (što je brže za 6 kilometara u sekundi).

Put neutrina kroz Alpe

Neutrina su elementarne čestice bez naelektrisanja, leptoni koji ne reaguju u električnom i magnetnom polju i mogu da stignu do ogromnih rastojanja. Mogu da nastanu u nuklearnim procesima, uglavnom na zvezdama, kao i pri eksplozijama supernova, a fizičari ih već decenijama love u brojnim detektorima širom sveta. Standardni model poznaje tri vrste neutrina, mionski, elektronski i tau neutrino. U ovom eksperimentu su korišćeni mionski neutrini koji su proizvedeni i ubrzani u CERN-u kod Ženeve u Švajcarskoj. Neutrini su, potom, iz CERN-a ispaljivani kroz zemlju na put dug 730 kilometara, da bi nakon oko 2,4 milisekunde putovanja bili uhvaćeni u detektoru Gran Sasso laboratorije koja se nalazi u centralnoj Italiji. Ovde je izgrađen detektor OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) koji je tokom poslednje tri godine lovio neutrina upućena iz CERN-a. No, nakon 15.000 registrovanih neutrina postalo je jasno da ona stižu malčice prebrzo – oko 60 milijarditih delova sekunde ranije. Kako tvrde u CERN-u, rezultati hvatanja neutrina na OPERI su dobijeni sa velikom statističkom sigurnošću, a moguća greška nije veća od 10 milijarditih delova sekunde, tako da je tim naučnika prošle nedelje obelodanio rad u kome trvde da je njihov detektor ulovio čestice brže od svetlosti.

No, takvi efekti ipak mogu biti posledica nekakve instrumentalne greške samog detektora ili kakvog sporednog efekta, pa je odluka CERN-a da svoje rezultate suprostavi Ajnštajnu u najmanju ruku hrabra – eventualni obrt koji bi pokazao da rezultati nisu verodostojni, trajno bi ugrozio relevantnost najveće evropske laboratorije. Sa druge strane, ako se pokaže da je detektor OPERA ulovio čestice koje su iz CERN-a ispod Alpa ispaljene brzinom većom od svetlosti, biće to kraj one slike fizike koju poznajemo. I uzgred, otvranje novih, milionskih istraživačkih projekata.

Sudeći po radu koji je objavljen na arxiv.org, rezultat je dobijen na osnovu 15.000 merenja brzine neutrina na detektoru OPERA u Italiji. „S obzirom na potencijalno veliki uticaj na fiziku, ovo nas motiviše da nastavimo naše istraživanje kako bi pronašli neke zasad nepoznate sistematske efekte“, bio je oprezan doktor Antonio Ereditato koji je ispred OPERA kolaboracije novinarima saopštio vest o neutrinima bržim od svetlosti. On je otvoreno pozvao sve druge laboratorije da provere njihove rezultate.

No, brojni naučnici, jednako kao i mediji, nakon same najave ostali su u stanju šoka, dok je jedan deo fizičara ostao pri tome da je tu ipak reč o nekoj grešci. Britanski fizičar Džim El Kalili je izjavio da će ako je OPERA stvarno ulovila čestice brže od svetlosti pojesti svoje gaće uživo na televiziji. „Mi smo uporno hteli da nađemo bilo kakve greške – trivijalne greške, komplikovanije greške ili velike ružne efekte, ali nismo ih našli“, obrazložio je nalaze svog tima doktor Ereditato.

Može li teorija relativnosti zaista pasti jednako kako što je ona svojevremeno oborila Njutnovu klasičnu mehaniku? Naime, Albert Ajnšatjn je svoju specijalnu teoriju objavio 1905. godine na temelju višegodišnjeih merenja u kojima su fizičari, tragajućči za etrom, ustanovili da ne mogu izmeriti brzinu veću od brzine svetlosti. I u njoj izneo zaključke koji su zauvek izmenili tok nauke.

S obzirom da su zaključci Ajnštajnove teorije za svoje doba bili tako iznenađujući, ona je od početka bila pod stalnim proverama. Na hiljade laika je, uglavnom iz nerazumevanja, pokušalo da ospori Ajnštajna, ali je teorija odolela ne samo njima, nego i praktično svim eksperimentima gde je stavljena na egzaktnu proveru.

No, stvar bi se možda mogla promeniti nakon ovog otkrića. Svakako, da bi se moglo reći kako je Ajnštajnov postulat o najvećoj brzini netačan, biće neophodno da u nekoj drugoj laboratoriji dođe bar do još jedne, nezavisne potvrde koja je ponovljiva na bilo kom mestu na svetu. Takav nalaz u suštini neće značiti da su svi oni eksperimenti koji su Ajnštajnovu teoriju potvrdili bili netačni, već da je sama teorija važila u nekoj vrsti „organičenog“ domena. Šta će važiti izvan njega? To će biti predmet neke nove fizike koja tek treba da se uspostavi.

Prve spekulacije već idu ka tome da bi se moglo pokazati kako su međugalaktička putovanja moguća, kao i da je možda moguće putovati kroz vreme, zatim ka svemiru sa mnogo više dimenzija, ali i ka sasvim nezamislivim fizikama gde se prvo dešavaju posledice, a potom uzroci. Svakako, treba biti izuzetno oprezan, ali ako se rezulati pokažu tačnim, biće to kraj načina razmišljanja o svetu koji je iznedrio XX vek i koji je imao dramatičan uticaj ne samo na nauke, već i na kulturu, umetnost i tehnološki napredak. Na kraju, i na običnu svakodnevicu.

U svakom slučaju, neutrini su i ranije pomalo odbijali da se igraju po Ajnštajnovim pravilima i u mnogo čemu su bili glavolomka za naučnike. Pored poznatog solarnog problema i pitanja imaju li masu ili nemaju, neutrina su već hvatana u nekoj vrsti prekoračenja dozvoljene brzine. Zato su se, nakon rezultata OPERA detektora, mnogi setili događaja od 23. februara 1987.

Tada su, u rano jutro, u 07.35 tri velika neutrinska detektora na različitim krajevima sveta ulovila grupu čudnih neutrina iz dubokog svemira. Reč je bila o 24 neutrina koja su došla iz nebule Tarantula punih tri sata pre nego što je do Zemlje stigla svetlost. Naime, u ovom 168.000 svetlosnih godina udaljenom delu svemira eksplodirala je supernova 1987A, ali je svetlost do nas stigla sporije od neutrina, što je tada bilo objašnjeno time da se ona sporije probijala kroz optičku gustu sredinu.

No, sada je pitanje postavljeno sa najvećim mogućim ulogom – ili neutrina ili Ajnštajn. Ishod sa svim posledicama i uzrocima ćemo tek videti. U svakom slučaju, nakon što se pokazalo da je Bog već bacio kocke, sada je došao red da to učini i CERN.

O ovoj temi čitajte u novom „Vremenu nauke“ u četvrtak, 29. septembra.