Novákoviny

Koncem předminulého týdne asi zajásali všichni, kdo touží cestovat časem, létat ke vzdáleným hvězdám a povídat si s mimozemšťany - prostě dělat věci běžné jen ve světě hrdinů seriálu Star Trek. Šťastnou chvilku jistě zažila i pitoreskní komunita neortodoxních vědců, filosofických provokatérů a šílenců, kteří se už téměř jedno století marně snaží zadupat do země Einsteinovu teorii relativity. Především ale  zpozorněli všichni, kterým něco říká slovo "fyzika", protože její stavba se zachvěla v samotných základech.

Skupina vědců z evropského ústavu pro jaderný výzkum CERN ve před dvěma týdny připustila, že zaznamenala částici letící rychleji než světlo. A to podle proroka moderní fyziky Alberta Einsteina prostě není možné. Někdo se tedy zásadním způsobem plete. Pokud je to sám Velký Einstein, nejspíš by to znamenalo přepisování učebnic a změnu pohledu na celý vesmír.

obr: Rychleji než světlo zatím cestovali jen hrdinové sci-fi literatury

Pokud to jsou lidé z CERN, bude to jen další vědecké dobrodružství při pronikání do neznáma - a ukázka toho, že věda má (na rozdíl od jiných oblastí lidského konání) k dispozici účinné mechanismy pro zjišťování pravdy.

"Náš výsledek je naprosto udivující," konstatoval Antonio Ereditato, jeden z vědců pracujících na experimentu Opera, při němž byly tyto údaje získány. "Dlouhou řadu měsíců jsme dělali kontroly a křížové testy, ale nenašli jsme žádnou závadu. Budeme v hledání pokračovat, současně se ale těšíme na názory dalších vědců a jejich nezávislá měření."

Vědecký ředitel CERN Sergio Bertolucci k tomu dodal: "Pokud dá nějaký experiment nepravděpodobné výsledky, je běžné pozvat další odborníky ke hledání případných chyb. Jestli se tentokrát chyba nenajde, může to změnit celý pohled na fyziku - ale nejdřív si musíme být absolutně jistí.

Opera s překvapením

Výstavba zařízení pro experiment Opera byla zahájena na počátku nového tisíciletí a dokončena roku 2008. Hlavním záměrem bylo studovat jev, při němž se jeden typ částic zvaných neutrino (muon-neutrino) mění v jiný (tau-neotrino). Metoda je založená opravdu velkoryse: neutrina vyrábí synchrotron CNGS umístěný v Ženevě a zachytává detektor v laboratoři zakopané pod zemí ve středoitalském Grand Sasso.

obr: Detektor experimentu OPERA v italském Grand Sasso.

Foto: CERN

Lapání neutrin není jednoduché, protože tyto subatomové částice s ostatními reagují jen nerady. Dokáží projít celou planetou snadněji než světlo tabulí čirého skla. Proto je velmi těžké sestrojit zařízení, v němž by jejich průchod zanechal nějakou stopu. V Gand Sasso to (zjednodušeně řečeno) obstarává 150 tisíc bloků se speciální fluorescenční látkou a detektory záblesků, který by případná srážka neutrina s hmotou mohla vyvolat.  Zatímco letadlem to z Ženevy do střední Itálie trvá asi hodinu, neutrinu stačí tři milióntiny vteřiny - i navzdory tomu, že letí pevnou skálou. Zjišťování anomálií této neobvyklé turistiky musí být extrémně přesné. Trasa mezi zdrojem neutrin a detektorem dlouhá 730 kilometrů proto byla ověřena s maximální možnou odchylkou 20 centimetrů. Dobu letu částic vědci měřili pomocí atomových hodin a systému GPS s přesností menší než 10 nanosekund (tedy miliardtin vteřiny).

A pak přišlo překvapení: částice ze Ženevy přilétaly o 60 nanosekund dřív, než je vědci očekávali. Oficiální prohlášení CERN k tomu říká: "Výsledky experimentu OPERA jsou založené na pozorování celkem 15 000 případů, z nichž vyplývá, že neutrina letěla rychleji než světlo o 20 milióntin jeho rychlosti".

Porucha, chyba - nebo revoluce?

Zdánlivě nevýznamný rozdíl ve skutečnosti představuje krok do světa, který by podle Einsteina neměl existovat. Z jeho teorie relativity vyplývá, že cokoliv by dosáhlo rychlosti světla, nabylo by nekonečnou hmotnost - a to dost dobře nejde.

"Možný dopad na celou vědu by byl obrovský," konstatoval  Antonio Ereditato. "Mojí první myšlenkou bylo, že neutrino je pro nás pořád ještě částice ukrývající mnohá mystéria."

 Pracovišť, kde by mohli pokus zopakovat,  na světě není mnoho. Momentálně přichází v úvahu především americké zařízení FermiLab, které však nemá tak výkon zařízení jako CERN. Na konečný verditkt si nejspíš ještě nějaký čas počkáme.

Většina vědců se zatím domnívá, že skupinu z CERN buď oklamala porucha zařízení, nebo je v metodice pokusu skrytá chyba. Nechybí ale ani názory, že o neutrinech toho víme tak málo, že zdánlivě nemožný výsledek zavinila nějaká dosud neznámá vlastnost této částice. Niccole Bellová u University of Melbourne například připomíná případ z roku 1987, kdy neutrina z exploze supernovy ve Velkém Magellanově mračnu rovněž dorazila nečekaně brzy. Astronomové případ vyřešili tvrzením, že neutrina opouštěla kolabující hvězdu dřív, než světelné paprsky, které zaznamenaly optické teleskopy.

Svět kam Einstein nemůže

I v zatím málo pravděpodobném případě, že se měření z CERN potvrdí, nemusí ještě Einsteinovi příznivci věšet hlavu. Mohlo by to znamenat jen to, že teorie relativity neplatí v určitých speciálních případech. Podobně jako Newtonova mechanika, s níž si v běžném životě docela dobře vystačíme, přestože teorie relativity ji překonala. Efekty vyplývající z Einsteinova učení se projevují jen při velkých rychlostech - takových s nimiž se setkávají jen fyzikové, nebo hrdinové sci-fi literatury. Einstein  Newtona nevyvrátil, ale doplnil - a tak tomu může být i tentokrát.

Ve skutečnosti ale už dnes existují oblasti, kde je panství teorie relativity přinejmenším sporné. Například kvantová mechanika, která nadsvětelné rychlosti připouští - přinejmenším při přenosu informace. I proto se Einstein s kvantovou mechanikou nikdy moc nesblížil. A všechny pokusy ostatních fyziků sladit ji s teorií relativity dosud ztroskotaly.

Einstein přitom zavrhl i vlastní objevy, které jeho teorii popíraly. Narazil například na možnost, že dvojice subatomových částic může být v jakémsi záhadném spojení: cokoliv se přihodí jedné, v téže chvíli se stane i druhé, nezávisle na tom, jak daleko jsou od sebe. Nazval tyto částice "strašidelné" - a odmítl jako nesmysl. Pozdější experimenty ale jejich existenci potvrdily. Dnes se tomuto jevu říká "provázané stavy" a vědci jej berou smrtelně vážně.

Existuje také svérázná teorie vytvořená americkým fyzikem Geraldem Feinbergem (1933-1992), podle níž hypotetické částice zvané tachyony se nadsvětelnou rychlostí běžně pohybují - a přitom neodporují ani teorii relativity, ani kvantové mechanice. Většina vědců ale tachyon považuje jen za zajímavou matematickou konstrukci bez opory v realitě. V každém případě by šlo o částici, která s příliš rychlým neutrinem z CERN nemá nic společného.

Jan A. Novák

Psáno pro Hospodářské noviny – původní nezkrácený  text

You have no rights to post comments