سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017
یک فیزیک‌دان هلندی کشف کرد که حرکت نسبیتی ساعت‌های نصب شده بر روی ماهواره‌های جی‌پی‌اس موجب شده است که سرعت نوترینوها سریع‌تر از سرعت نور شود و بنابراین بار دیگر نظریه نسبیت انیشتین را تأیید کرد.
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

چه كسی معمای مهم دنیای فیزیك را حل كرد؟


یک فیزیک‌دان هلندی کشف کرد که حرکت نسبیتی ساعت‌های نصب شده بر روی ماهواره‌های "جی‌پی‌اس" موجب شده است که سرعت نوترینوها سریع‌تر از سرعت نور شود و بنابراین بار دیگر نظریه نسبیت انیشتین را تأیید کرد.


کمتر از یک ماه قبل، فیزیک‌دانان شورای تحقیقات هسته‌ای اروپا (سرن) و لابراتوارهای "گرن ساسو" در موسسه ملی فیزیک هسته‌ای ایتالیا که با استفاده از دستگاه آشکارساز "اپرا" در آزمایش Cng 1s (نوترینوی سرن به سمت گرن ساسو) شرکت دارند از یک نتیجه شگفت‌انگیز در آزمایشات خود خبر دادند.

این دانشمندان اعلام کردند که توانسته‌اند فراتر از سرعت نور حرکت کنند. به طوری که آشکارساز "اپرا" با دریافت و بررسی بیش از پانزده‌هزار ذره نوترینو که در برخورددهنده "سوپر سینکروتون پروتون" در سرن تولید شده و با طی مسافت 730 کیلومتر به لابراتوارهای "گرن ساسو" در ایتالیا رسیده بود کشف کرد که این ذرات برای طی این مسافت تنها 2.4 میلی‌ثانیه را صرف کردند.

آلبرت انیشتین در کهن سالی

این مدت زمان شصت‌میلیاردیم ثانیه نسبت به حداکثر زمان مورد انتظار جلوتر بود و بنابراین در آزمایش Cng 1s که اطلاعات آن در مدت سه سال جمع‌آوری شده‌اند، ذرات در حدود شصت نانوثانیه سریع‌تر از نور حرکت کردند.

نتایج این تحقیقات شگفت‌انگیز حاکی از آن است که نوترینوها سرعت سی‌صد‌هزار کیلومتر بر ثانیه نور را با حدود بیست بخش بر میلیون شکست دادند.

این نتایج شگفت‌انگیز چنان هیجانی را در بین جامعه فیزیک به وجود آورد که در این مدت کوتاه، بیش از هشتاد مقاله بر روی سایت آرشیو arXiv در رد و یا توضیح این اثر منتشر شد.

در ادامه این بررسی‌ها، اکنون "رونالد فن البرگ" در دانشگاه "گرونینگن" در هلند استدلالی را ارائه کرده است که خطای آزمایش اپرا را نشان می‌دهد و بار دیگر نظریه نسبیت خاص انیشتین را تأیید می‌کند.

آزمایش اپرا برپایه اندازه‌گیری‌های مفاهیم ساده فاصله و زمان نتیجه گرفته است که ذرات نوترینو شصت نانو ثانیه سریع‌تر از نور حرکت کرده‌اند.

در این اندازه‌گیری، مفهوم فاصله مشخص است؛ به طوری که موقعیت تولید نوترینوها در سرن به آسانی با استفاده "جی‌پی‌اس" قابل شناسایی است؛ اما تعیین موقعیت "گرن ساسو" به دلیل این‌که در زیر کوه قرار گرفته، دشوارتر است. با وجود این، دانشمندان آزمایش اپرا گفته‌اند که فاصله میان سرن و گرن ساسو با یک عدم اطمینان بیست سانتی‌متر برابر با 730 کیلومتر است.

این درحالی است که اندازه‌گیری زمان حرکت توترینو بسیار دشوار است. تیم اپرا اظهار داشته است که لحظه تولید نوترینوها و لحظه رسیدن آنها به آشکارساز اپرا را با استفاده از ساعت‌ها و با دقت می‌توان اندازه‌گیری کرد و در این‌جا نکته‌ای که موجب خطا می‌شود خود را نشان می‌دهد.

درحقیقت، این تیم از ماهواره‌های "جی‌پی‌اس" که سیگنال‌های زمان را از مدار حدود بیست‌هزار کیلومتری بالای زمین ارسال می‌کنند برای اندازه‌گیری زمان استفاده کرده است.

هرچند فیزیک‌دانان آزمایش اپرا تائید کرده‌اند که پیچیدگی‌هایی چون زمان سفر سیگنال‌های "جی‌پی‌اس" را در نظر گرفته‌اند، باوجود این، "فن البرگ" توضیح داده که اثری وجود دارد که به نظر می‌رسد تیم اپرا از آن چشم‌پوشی کرده است. این اثر نادیده گرفته شده، حرکت نسبیتی ساعت‌های "جی‌پی‌اس" است.

دستگاه آشکارساز اپرا در لابراتوار گرن ساسو

ساده است که فکر کنیم حرکت ماهواره‌ها برای بررسی سرعت حرکت نوترینوها خارج از موضوع است. درحقیقت، امواج رادیویی در حمل سیگنال زمان صرف نظر از سرعت ماهواره‌های "جی‌پی‌اس" باید با سرعت نور حرکت کنند؛ اما در این‌جا به تیزبینی بیشتری نیاز است. به طوری که، اگرچه سرعت نور به چارچوب منبع بستگی ندارد، اما به زمان حرکت بستگی دارد.

در مورد نوترینوها، دو چارچوب منبع وجود دارد که یکی آشکارساز زمینی و دیگری ساعت‌های ماهواره‌هاست. اگر این دو منبع نسبت به یکدیگر حرکت کنند، بنابراین نیاز دارند که باهم کار کنند.

در اینجا این سئوال مطرح می‌شود که حرکت ماهواره‌ها نسبت به آزمایش اپرا چگونه بوده است؟

این ماهواره‌ها در مدار غرب به شرق را با یک شیب 55 درجه نسبت به خط استوا حرکت می‌کنند که تقریباً در همان خط مسیر حرکت نوترینوها بوده است. بنابراین حرکت نسبیتی این دو منبع به راحتی قابل محاسبه است. به این ترتیب، از دیدگاه یک ساعت نصب شده بر روی ماهواره "جی‌پی‌اس"، موقعیت‌های چشمه نوترینوها و دستگاه آشکارساز درحال تغییر هستند.

سرعت نور

این فیزیک‌دان توضیح داد: "از چشم‌انداز ساعت، آشکارساز درحال حرکت به سوی چشمه نوترینو است و در نتیجه فاصله طی شده توسط این ذرات از منظر ساعت کوتاه‌تر است. این بدان معنی است که این فاصله نسبت به فاصله اندازه‌گیری‌شده در چارچوب منبع زمینی کوتاه‌تر است. تیم اپرا از این مسئله چشم‌پوشی کرد! چراکه فکر می‌کرد این ساعت‌های مدارگرد، همانند ساعت‌های زمینی رفتار می‌کنند."

"فن البرگ" محاسبه کرد که با در نظر گرفتن حرکت ساعت‌ها، نوترینوها 32 نانوثانیه زودتر از سرعت نور می‌رسند.

اما این سرعت به دلیل این‌که این خطا در هر پایان آزمایش تکرار می‌شود، باید دو برابر شود و بنابراین در مجموع، ذرات نوترینو با در نظر گرفتن این خطا، باید 64 ثانیه زودتر از سرعت نور به آشکارساز برسند که این مشابه همان نتیجه‌ای است که تیم اپرا به دست آورده است.

به این ترتیب، درصورتی که محاسبات این فیزیک‌دان هلندی از سوی جامعه علمی تأیید شود، نظریه نسبیت انیشتین همچنان تأیید شده به قوت خود باقی است.


باشگاه كاربران تبیان ـ ارسالی از: shilda

تلفن : 81200000
پست الکترونیک : public@tebyan.com
آدرس : بلوارکشاورز ، خیابان نادری ، نبش حجت دوست ، پلاک 12

ارتباط با ما

روابط عمومی

درباره ما

نقشه سایت

تعدادبازدیدکنندگان
افراد آنلاین