2011 წლის 23 სექტემბერი, შეიძლება, მეცნიერების ისტორიაში ერთ-ერთი უდიდესი აღმოჩენის თარიღად შევიდეს. ამ დღეს ფიზიკოსთა ჯგუფმა, რომელიც ელემენტარულ ნაწილაკებზე მუშაობდა, სინათლის სიჩქარეზე უფრო დიდი სიჩქარით მოძრავი ნაწილაკების არსებობის შესახებ განაცხადა. მოვლენამ, დადასტურების შემთხვევაში, შეიძლება ფიზიკაში ძირეული ცვლილებები გამოიწვიოს. თუმცა, ეს ყველაფერი ჯერ უნდა დამტკიცდეს.
დღევანდელი წარმოდგენით, სინათლის სიჩქარე ბუნებაში ყველაზე დიდია. ეს აინშტაინის ფარდობითობის თეორიას უდევს საფუძვლად და ფიზიკის სასკოლო სახელმძღვანელოებშიც წერია. სინათლის სიჩქარით მოძრაობს სინათლის ნაწილაკი – ფოტონი. ვერც ერთი სხეული, უმცირესიც კი, ფოტონზე უფრო სწრაფად ვერ მოძრაობს. უფრო მეტიც, ნაწილაკს, რომელსაც გააჩნია თუნდაც ძალზე მცირე მასა, შეუძლია შეიძინოს სინათლის სიჩქარესთან ახლო სიჩქარე, მაგრამ ვერასდროს გაუტოლდება – ამისათვის უსასრულოდ დიდი ენერგია უნდა მიიღოს, ეს კი შეუძლებელია. ასე რომ, მასის მქონე სხეულებს „აკრძალული აქვთ” სინათლის სიჩქარით მოძრაობა, მით უმეტეს მისი გადაჭარბება. დღემდე ეს კანონი არ დარღვეულა.
ზოგიერთ თეორიაში ზე-სინათლის სიჩქარით მოძრაობა დასაშვებია. თუმცა ისინი ვერ ხსნიან ფიზიკის სხვა მოვლენებს, რომელთაც ფარდობითობის თეორია და კვანტური მექანიკა კარგად აღწერენ. ამიტომაც მეცნიერები ამგვარ თეორიებს არ აღიარებენ.
რამდენიმე თვის წინ, შვეიცარიის CERN-სა და იტალიის გრან სასოს (Gran Sasso) ლაბორატორიაში ფიზიკოსები უმცირეს ელემენტარულ ნაწილაკებზე – ნეიტრინოებზე ატარებდნენ ექსპერიმენტს. ჟენევაში, დიდი ადრონული კოლაიდერის მეშვეობით, მათ მიიღეს ნეიტრინოების ნაკადი და მიმართეს ის გრან სასოსკენ, სადაც ისინი უნდა „დაეჭირა” მთაში განთავსებულ ხელსაწყოს, სახელწოდებით OPERA (აკრონიმი – Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus). ეს აპარატი 11 ათასზე მეტი დეტექტორისგან შედგება.
აღმოჩნდა, რომ ნეიტრინოებმა ჟენევასა და გრან სასოს შორის 730 კმ მანძილი მოსალოდნელზე 60 ნანოწამით, ანუ წამის 60 მემილიარდედით უფრო სწრაფად გაირბინეს. ეს ნიშნავს, რომ ნაწილაკების სიჩქარე სინათლისაზე 20 მემილიონედით მეტი იყო. ასეთი სიზუსტის და პატარა ზომის წარმოდგენა ადამიანის გონებისთვის პრაქტიკულად შეუძლებელია, თუმცა მიკროსამყაროში მსგავსი მცირე განსხვავებები ძალზე ბევრს ნიშნავს. ჟენევასა და გრან სასოს შორის მანძილის გაზომვისას გამოიყენეს GPS ხელსაწყოები, ხოლო დროის ათვლისთვის – უზუსტესი ატომური საათები. ეს ცდა 15 ათასჯერ განმეორდა, ანუ ერთი ხელსაწყოდან მეორეში ნეიტრინოების 15 ათასი ნაკადი გააგზავნეს.
ეს რომ სპორტული შეჯიბრება ყოფილიყო, ყველა ძალიან კმაყოფილი იქნებოდა. ამ შემთხვევაში კი ნეიტრინოების ჭარბმა სიჩქარემ მკვლევრები საგონებელში ჩააგდო. შედეგი იმდენად მოულოდნელია, რომ მას რამდენიმე თვის განმავლობაში არ ახმაურებდნენ, სანამ სკრუპულოზურად არ გადაამოწმეს ყველაფერი, რისი გადამოწმებაც შეიძლებოდა. მართალია, ექსპერიმენტის მონაწილეები ირწმუნებიან, რომ მისი სიზუსტე 99.99966%-ია და რომ მათ ყველა შესაძლო ცდომილება მიიღეს მხედველობაში, მაგრამ მცირე შანსი მაინც რჩება, რომ სადღაც შეცდომა გაიპარა ან რაღაც ვერ გაითვალისწინეს. ამიტომაც, სანამ ამ შედეგს სხვა ექსპერიმენტები დამოუკიდებლად არ დაადასტურებენ, სინათლის სიჩქარის გადაჭარბება კითხვის ნიშნის ქვეშ დარჩება. ფაქტს მეცნიერები ძალზე დიდი სიფრთხილით ეკიდებიან – თუ ეს შედეგი დამტკიცდა, ფიზიკაში და ჩვენს წარმოდგენაში სამყაროს შესახებ ბევრი რამ შეიცვლება.
OPERA-ს ექსპერიმენტის განმეორება დღეს მსოფლიოში მხოლოდ ორ ლაბორატორიაშია შესაძლებელი: ამერიკულ ფერმილაბსა (Fermilab) და იაპონური ხელსაწყოს სუპერ-კამიოკანდეს (Super-Kamiokande) საშუალებით. ახალ ექსპერიმენტებზე უკვე დაიწყეს კიდეც ფიქრი და ვარაუდიც გამოითქვა, რომ 2013 წლისთვის პირველი შედეგის მიღება შესაძლებელი იქნება. სხვათა შორის, 2007 წელს ამერიკელებმა, ფერმილაბში ჩატარებული ცდების დროს, ნეიტრინოების მიერ სინათლის სიჩქარის გადაჭარბება შენიშნეს, მაგრამ ეს გაზომვები არ იყო საკმარისად ზუსტი.
ცოტა რამ ნეიტრინოს შესახებ
ნეიტრინო (არ აურიოთ ნეიტრონში!) დიდი ხანია თავსატეხს უჩენს ფიზიკოსებს, თუმცა, თავდაპირველად მან ენერგიის შენახვის კანონი „გადაარჩინა” დარღვევას: რადიოაქტიური ნივთიერების დაშლისას ენერგია სადღაც იკარგებოდა. 1930 წელს, ავსტრიელმა ვოლფგანგ პაულიმ ივარაუდა, რომ ნაკლული ენერგია, რომელიღაც უხილავ ნაწილაკს უნდა ჰქონოდა. ამ ეფემერულ სხეულს დიდმა იტალიელმა ენრიკო ფერმიმ ნეიტრინო (ანუ, პატარა ნეიტრალური ნაწილაკი) დაარქვა. მართლაც, 1956 წელს ამერიკელებმა რაინესმა და ქოუანმა ის აღმოაჩინეს კიდეც.
ნეიტრინოები ძალზე მცირე მასის უმუხტო ნაწილაკებია. ისინი ბირთვულ რეაქციებში მონაწილეობენ და ძალზე სუსტად ურთიერთქმედებენ სხვა ნაწილაკებთან: მილიარდი ნეიტრინოდან ხელსაწყოები მხოლოდ ერთს შენიშნავენ. ამიტომაც მათი გამოჭერა ძალზე ძნელია. ყოველწამიერად ჩვენს სხეულს ასობით მილიარდობით ნეიტრინო ეხება ისე, რომ ჩვენ ამას საერთოდ ვერ ვგრძნობთ.
ადამიანებიც ვასხივებთ ნეიტრინოებს. ჩვენ მოარული რადიოაქტიური წყაროები ვართ, თუმცა ძალზე სუსტი. ადამიანის ორგანიზმი 20 მილიგრამ რადიოაქტიურ ნივთიერება პოტასიუმს შეიცავს, რის გამოც ყოველდღიურად გამოვყოფთ 340 მილიონ ნეიტრინოს. ისინი შემდგომ კოსმოსში იფანტებიან, რადგანაც გარშემო ნივთიერებებთან ურთიერთქმედებაში თითქმის არ შედიან. შეგვიძლია მარტივი გამოთვლები ჩავატაროთ: ჩვენი დაბადებისას გამოყოფილმა ნეიტრინოებმა უახლოეს ვარსკვლავს – ცენტავრის ალფას მიაღწიეს, როცა ჩვენ 4 წლის გავხდით (რადგანაც ის თითქმის 4 სინათლის წლითაა ჩვენგან დაშორებული), და აგრძელებენ მოგზაურობას უკიდეგანო კოსმოსში, სადაც შეიძლება ჩვენს მსგავს ცოცხალ არსებასაც გადაეყარონ.
დიდი ხნის განმავლობაში ნეიტრინოებთან დაკავშირებით ორი პრობლემა არსებობდა: ჰქონდა თუ არა მას მასა და რატომ არ მოდიოდა მზიდან იმდენი ნეიტრინო, რამდენსაც თეორია წინასწარმეტყველებდა. OPERA-ს მიზანი სწორედ ამ პრობლემების გადაჭრა იყო. ამის ნაცვლად კი სრულიად ახალი, ბევრად უფრო სერიოზული პრობლემა მივიღეთ.
თუკი დადასტურდა, რომ ნაწილაკებს შეუძლიათ სინათლის სიჩქარეზე უფრო სწრაფად მოძრაობა, გარდა იმისა, რომ ფიზიკისა და კოსმოლოგიური თეორიები მნიშვნელოვნად შეიცვლება, ფანტასტიკურ ნაწარმოებებში აღწერილი დროში მოგზაურობის შანსიც შეიძლება გაჩნდეს. ამასთან ერთად, შორეული ვარსკვლავები და გალაქტიკები არც ისე მიუწვდომელი შეიძლება აღმოჩნდნენ, როგორც დღეს გვგონია.
დღევანდელი წარმოდგენით, სინათლის სიჩქარე ბუნებაში ყველაზე დიდია. ეს აინშტაინის ფარდობითობის თეორიას უდევს საფუძვლად და ფიზიკის სასკოლო სახელმძღვანელოებშიც წერია. სინათლის სიჩქარით მოძრაობს სინათლის ნაწილაკი – ფოტონი. ვერც ერთი სხეული, უმცირესიც კი, ფოტონზე უფრო სწრაფად ვერ მოძრაობს. უფრო მეტიც, ნაწილაკს, რომელსაც გააჩნია თუნდაც ძალზე მცირე მასა, შეუძლია შეიძინოს სინათლის სიჩქარესთან ახლო სიჩქარე, მაგრამ ვერასდროს გაუტოლდება – ამისათვის უსასრულოდ დიდი ენერგია უნდა მიიღოს, ეს კი შეუძლებელია. ასე რომ, მასის მქონე სხეულებს „აკრძალული აქვთ” სინათლის სიჩქარით მოძრაობა, მით უმეტეს მისი გადაჭარბება. დღემდე ეს კანონი არ დარღვეულა.
ზოგიერთ თეორიაში ზე-სინათლის სიჩქარით მოძრაობა დასაშვებია. თუმცა ისინი ვერ ხსნიან ფიზიკის სხვა მოვლენებს, რომელთაც ფარდობითობის თეორია და კვანტური მექანიკა კარგად აღწერენ. ამიტომაც მეცნიერები ამგვარ თეორიებს არ აღიარებენ.
რამდენიმე თვის წინ, შვეიცარიის CERN-სა და იტალიის გრან სასოს (Gran Sasso) ლაბორატორიაში ფიზიკოსები უმცირეს ელემენტარულ ნაწილაკებზე – ნეიტრინოებზე ატარებდნენ ექსპერიმენტს. ჟენევაში, დიდი ადრონული კოლაიდერის მეშვეობით, მათ მიიღეს ნეიტრინოების ნაკადი და მიმართეს ის გრან სასოსკენ, სადაც ისინი უნდა „დაეჭირა” მთაში განთავსებულ ხელსაწყოს, სახელწოდებით OPERA (აკრონიმი – Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus). ეს აპარატი 11 ათასზე მეტი დეტექტორისგან შედგება.
აღმოჩნდა, რომ ნეიტრინოებმა ჟენევასა და გრან სასოს შორის 730 კმ მანძილი მოსალოდნელზე 60 ნანოწამით, ანუ წამის 60 მემილიარდედით უფრო სწრაფად გაირბინეს. ეს ნიშნავს, რომ ნაწილაკების სიჩქარე სინათლისაზე 20 მემილიონედით მეტი იყო. ასეთი სიზუსტის და პატარა ზომის წარმოდგენა ადამიანის გონებისთვის პრაქტიკულად შეუძლებელია, თუმცა მიკროსამყაროში მსგავსი მცირე განსხვავებები ძალზე ბევრს ნიშნავს. ჟენევასა და გრან სასოს შორის მანძილის გაზომვისას გამოიყენეს GPS ხელსაწყოები, ხოლო დროის ათვლისთვის – უზუსტესი ატომური საათები. ეს ცდა 15 ათასჯერ განმეორდა, ანუ ერთი ხელსაწყოდან მეორეში ნეიტრინოების 15 ათასი ნაკადი გააგზავნეს.
ეს რომ სპორტული შეჯიბრება ყოფილიყო, ყველა ძალიან კმაყოფილი იქნებოდა. ამ შემთხვევაში კი ნეიტრინოების ჭარბმა სიჩქარემ მკვლევრები საგონებელში ჩააგდო. შედეგი იმდენად მოულოდნელია, რომ მას რამდენიმე თვის განმავლობაში არ ახმაურებდნენ, სანამ სკრუპულოზურად არ გადაამოწმეს ყველაფერი, რისი გადამოწმებაც შეიძლებოდა. მართალია, ექსპერიმენტის მონაწილეები ირწმუნებიან, რომ მისი სიზუსტე 99.99966%-ია და რომ მათ ყველა შესაძლო ცდომილება მიიღეს მხედველობაში, მაგრამ მცირე შანსი მაინც რჩება, რომ სადღაც შეცდომა გაიპარა ან რაღაც ვერ გაითვალისწინეს. ამიტომაც, სანამ ამ შედეგს სხვა ექსპერიმენტები დამოუკიდებლად არ დაადასტურებენ, სინათლის სიჩქარის გადაჭარბება კითხვის ნიშნის ქვეშ დარჩება. ფაქტს მეცნიერები ძალზე დიდი სიფრთხილით ეკიდებიან – თუ ეს შედეგი დამტკიცდა, ფიზიკაში და ჩვენს წარმოდგენაში სამყაროს შესახებ ბევრი რამ შეიცვლება.
OPERA-ს ექსპერიმენტის განმეორება დღეს მსოფლიოში მხოლოდ ორ ლაბორატორიაშია შესაძლებელი: ამერიკულ ფერმილაბსა (Fermilab) და იაპონური ხელსაწყოს სუპერ-კამიოკანდეს (Super-Kamiokande) საშუალებით. ახალ ექსპერიმენტებზე უკვე დაიწყეს კიდეც ფიქრი და ვარაუდიც გამოითქვა, რომ 2013 წლისთვის პირველი შედეგის მიღება შესაძლებელი იქნება. სხვათა შორის, 2007 წელს ამერიკელებმა, ფერმილაბში ჩატარებული ცდების დროს, ნეიტრინოების მიერ სინათლის სიჩქარის გადაჭარბება შენიშნეს, მაგრამ ეს გაზომვები არ იყო საკმარისად ზუსტი.
ცოტა რამ ნეიტრინოს შესახებ
ნეიტრინო (არ აურიოთ ნეიტრონში!) დიდი ხანია თავსატეხს უჩენს ფიზიკოსებს, თუმცა, თავდაპირველად მან ენერგიის შენახვის კანონი „გადაარჩინა” დარღვევას: რადიოაქტიური ნივთიერების დაშლისას ენერგია სადღაც იკარგებოდა. 1930 წელს, ავსტრიელმა ვოლფგანგ პაულიმ ივარაუდა, რომ ნაკლული ენერგია, რომელიღაც უხილავ ნაწილაკს უნდა ჰქონოდა. ამ ეფემერულ სხეულს დიდმა იტალიელმა ენრიკო ფერმიმ ნეიტრინო (ანუ, პატარა ნეიტრალური ნაწილაკი) დაარქვა. მართლაც, 1956 წელს ამერიკელებმა რაინესმა და ქოუანმა ის აღმოაჩინეს კიდეც.
ნეიტრინოები ძალზე მცირე მასის უმუხტო ნაწილაკებია. ისინი ბირთვულ რეაქციებში მონაწილეობენ და ძალზე სუსტად ურთიერთქმედებენ სხვა ნაწილაკებთან: მილიარდი ნეიტრინოდან ხელსაწყოები მხოლოდ ერთს შენიშნავენ. ამიტომაც მათი გამოჭერა ძალზე ძნელია. ყოველწამიერად ჩვენს სხეულს ასობით მილიარდობით ნეიტრინო ეხება ისე, რომ ჩვენ ამას საერთოდ ვერ ვგრძნობთ.
ადამიანებიც ვასხივებთ ნეიტრინოებს. ჩვენ მოარული რადიოაქტიური წყაროები ვართ, თუმცა ძალზე სუსტი. ადამიანის ორგანიზმი 20 მილიგრამ რადიოაქტიურ ნივთიერება პოტასიუმს შეიცავს, რის გამოც ყოველდღიურად გამოვყოფთ 340 მილიონ ნეიტრინოს. ისინი შემდგომ კოსმოსში იფანტებიან, რადგანაც გარშემო ნივთიერებებთან ურთიერთქმედებაში თითქმის არ შედიან. შეგვიძლია მარტივი გამოთვლები ჩავატაროთ: ჩვენი დაბადებისას გამოყოფილმა ნეიტრინოებმა უახლოეს ვარსკვლავს – ცენტავრის ალფას მიაღწიეს, როცა ჩვენ 4 წლის გავხდით (რადგანაც ის თითქმის 4 სინათლის წლითაა ჩვენგან დაშორებული), და აგრძელებენ მოგზაურობას უკიდეგანო კოსმოსში, სადაც შეიძლება ჩვენს მსგავს ცოცხალ არსებასაც გადაეყარონ.
დიდი ხნის განმავლობაში ნეიტრინოებთან დაკავშირებით ორი პრობლემა არსებობდა: ჰქონდა თუ არა მას მასა და რატომ არ მოდიოდა მზიდან იმდენი ნეიტრინო, რამდენსაც თეორია წინასწარმეტყველებდა. OPERA-ს მიზანი სწორედ ამ პრობლემების გადაჭრა იყო. ამის ნაცვლად კი სრულიად ახალი, ბევრად უფრო სერიოზული პრობლემა მივიღეთ.
თუკი დადასტურდა, რომ ნაწილაკებს შეუძლიათ სინათლის სიჩქარეზე უფრო სწრაფად მოძრაობა, გარდა იმისა, რომ ფიზიკისა და კოსმოლოგიური თეორიები მნიშვნელოვნად შეიცვლება, ფანტასტიკურ ნაწარმოებებში აღწერილი დროში მოგზაურობის შანსიც შეიძლება გაჩნდეს. ამასთან ერთად, შორეული ვარსკვლავები და გალაქტიკები არც ისე მიუწვდომელი შეიძლება აღმოჩნდნენ, როგორც დღეს გვგონია.
