Το πείραμα OPERA, πριν μερικές μέρες, έκανε μια ανακοίνωση που τάραξε τα νερά της φυσικής: τα νετρίνα, σωματίδια με μάζα τόσο μικρή ώστε μέχρι πρόσφατα να νομίζουμε ότι είναι μηδέν, μετρήθηκαν να κινούνται μεταξύ των εργαστηρίων του CERN και του Grand Sasso με ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτήν του φωτός στο κενό. Η σχετική διαφορά είναι μικρή, περίπου στο πέμπτο δεκαδικό ψηφίο. Οι φυσικοί του OPERA ισχυρίζονται όμως ότι το σφάλμα της μέτρησης είναι έξι φορές μικρότερο.
Αν αυτή η μέτρηση είναι σωστή, η διαφορά, έστω και ελάχιστη, φέρνει τα πάνω κάτω στην μοντέρνα φυσική. Το 1905, ο A. Einstein, για να εξηγήσει τα πειράματα του Michelson και Morley, εισήγαγε την ειδική θεωρία της σχετικότητας. Mια από της βασικές αρχές της θεωρίας ήταν ότι η μεγαλύτερη ταχύτητα στο σύμπαν είναι η ταχύτητα του φωτός. Για περισσότερο από 100 χρόνια, η θεωρία της σχετικότητας και οι διάφορες προεκτάσεις της, όπως η κβαντική θεωρία πεδίων που βρίσκεται στην καρδιά της σύγχρονης φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων, επιβεβαιώνονταν σε χιλιάδες πειράματα, μικρά ή μεγάλα.
Αυτός είναι και ο λόγος που οι περισσότεροι φυσικοί δεν έχουν πειστεί με το αποτέλεσμα του OPERA. Αναρωτιούνται τί είναι αυτό που ξέφυγε από την προσοχή των πειραματικών; Ο έλεγχος της παραγωγής των νετρίνων στο CERN; Η μέτρησή τους στο Grand Sasso; Ο συγχρονισμός των ρολογιών; Ή μήπως οι διορθώσεις της γενικής σχετικότητας που ίσως αγνοήθηκαν ως αμελητέες;
Σε μια πρώτη προσέγγιση, μέχρι τώρα, οι πειραματικοί φαίνεται να έχουν κάνει σωστά τη δουλειά τους, υλοποιώντας μια ιδιαίτερα έξυπνη τεχνική μέτρησης που είχαν προτείνει, το 2008 ο J. Ellis και οι συνεργάτες του.
Σίγουρα, νέοι έλεγχοι και καινούργια πειράματα θα ελέγξουν τον ισχυρισμό του OPERA. Στις Ηνωμένες Πολιτείες π.χ. το πείραμα MINOS σκοπεύει να κάνει αντίστοιχες μετρήσεις ώστε να επιβεβαιώσει ή να διαψεύσει το αποτέλεσμα.
Πόσο εύκολο είναι όμως για τους θεωρητικούς να εισάγουν θεωρίες στις οποίες η βασική αρχή της σχετικότητας, η συμμετρία του Lorentz, να παραβιάζεται σε υψηλές ενέργειες, ή σε κάποιο υπόχωρο της θεωρίας;
Η πρώτη προσπάθεια σε αυτήν την κατεύθυνση έγινε την δεκαετία του '80, από τους S. Chadha και H. Nielsen που πειραματίστηκαν με τη ριζοσπαστική ιδέα ότι η θεωρία του σύμπαντος δεν έχει τη συμμετρία Lorentz σε υψηλές ενέργειες. Η συμμετρία εμφανίζεται μόνο σε χαμηλότερες ενέργειες, με μια μορφή αναγκαιότητας.
|
Το 1999, ο Η. Κυρίτσης από το Πανεπιστήμιο Κρήτης, μελετούσε ένα καινούργιο αντικείμενο στην θεωρία των χορδών, τις D-βράνες, ένα είδος (υπερ)μεμβρανών που είναι εμβαπτισμένες στον δεκαδιάστατο χώρο της θεωρίας των υπερχορδών, με διάφορες διαστάσεις. Έκανε την αναπάντεχη παρατήρηση ότι όταν ο δεκαδιάστατος χώρος ήταν κατάλληλα καμπυλωμένος, η ταχύτητα του φωτός πάνω στις D-βράνες, ήταν μεταβλητή, μικρότερη από τον περιβάλοντα δεκαδιάστατο χώρο, και άλλαζε ανάλογα με την θέση της D-βράνης. Αργότερα, οι Gibbons και Herdeiro από το Cambridge, έδειξαν γενικά ότι η ταχύτητα του φωτός πάνω σε D-βράνες είναι ίση ή μικρότερη από αυτή στον περιβάλλοντα χώρο.
Αυτή η παρατήρηση είχε ενδιαφέρουσες προεκτάσεις: οι D-βράνες της θεωρίας των χορδών έχουν μια συγκεκριμμένη ύλη που θα την ονομάσουμε εδώ D-ύλη, η οποία ζει μόνο πάνω σε αυτές, αντίθετα από τις κλειστές χορδές που περιέχουν μεταξύ των άλλων και την βαρύτητα και κινούνται παντού στο δεκαδιάστατο χώρο. Σύμφωνα με τα παραπάνω, κάποιος που ζεί πάνω στις D-βράνες (και άρα αποτελείται από D-ύλη) μπορεί να ταξιδέψει με ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός στη D-βράνη, αν κάνει μια «εκδρομή» στον περιβάλλοντα δεκαδιάστατο χώρο.
Η ιδιότητα αυτή των D-βρανών, οδήγησε, το 1999, τους Η. Κυρίτση (Πανεπιστήμιο Κρήτης) και Α. Κεχαγιά (Πολυτεχνείο Αθήνας) και ανεξάρτητα τον P. Kraus (Chicago), σε μια καινούργια μορφή κοσμολογικής εξέλιξης : την κοσμολογία mirage, όπου την κίνηση της D-βράνης στον περιβάλλοντα χώρο την αντιλαμβάνονται οι «ένοικοί της» ως κοσμολογική εξέλιξη. Παράλληλα αλλά και ανεξάρτητα, οι Chung και Freese (Chicago), το ίδιο έτος, πρότειναν ότι μια κίνηση στο δεκαδιάστατο χρόνο, με ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός, θα μπορούσε να λύσει τα κοσμολογικά προβλήματα, χωρίς τη συνέργεια του κοσμολογικού πληθωρισμού.
Το γεγονός ότι οι υπερχορδές και τα σύμπαντα πάνω σε D-βράνες, επιτρέπουν τη μετακίνηση με ταχύτητες μεγαλύτερες από την ταχύτητα του φωτός, θέτουν το ερώτημα κατά πόσον, ένα αποτέλεσμα σαν αυτό του πειράματος OPERA, αν είναι σωστό, μπορεί να εξηγηθεί με τις παραπάνω ιδιότητες των D-βρανών.
Για να είναι αυτό δυνατό, θα πρέπει όλα τα σωματίδια του καθιερωμένου προτύπου των θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων να κινούνται επάνω σε μια D-βράνη, εκτός από τα νετρίνα που θα μπορούν να κινηθούν σε όλον τον περιβάλλοντα δεκαδιάστατο χώρο.
Βασικές ιδιότητες της θεωρίες των υπερχορδών μας υποχρεώνουν να τοποθετήσουμε το αριστερό ήμισυ του νετρίνο πάνω στη D-βράνη. Όπως παρατήρησαν όμως το 2002, οι Ι. Αντωνιάδης (CERN), Η. Κυρίτσης, Θ. Τομαράς (Π. Κρήτης) και Ι. Ρίζος10 (Π. Ιωαννίνων), το δεξί ήμισυ του νετρίνο μπορεί να κινείται στο δεκαδιάστατο χώρο και άρα μπορεί να έχει διαφορετικές κινητικές ιδιότητες από το άλλο ήμισυ. Θα μπορούσε μια τέτοια θεωρία να παράγει ένα νετρίνο που κινείται πιο γρήγορα από το φως;
Είναι αυτή η επιλογή που διάλεξε η φύση;
Οι φυσικοί ελπίζουν αυτές οι ερωτήσεις να απαντηθούν σύντομα.
Βιβλιογραφία
1. OPERA Collaboration, Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam,
2. J. Ellis et al., Probes of Lorentz Violation in Neutrino Propagation
3. S. Chadha και H. Nielsen, Lorentz invariance as a low-energy phenomenon, Nucl.Phys. B217 (1983) 125
4. S. Coleman, S. Glashow, Cosmic ray and neutrino tests of special relativity
5. E. Kiritsis, Supergravity, D-brane probes and thermal sYM: a comparison
6. G. Gibbons, C. A. R. Herdeiro, Born-Infeld theory and stringy causality
7. P. Kraus, Dynamics of AntiDeSitter domain walls
8. A. Kehagias, E. Kiritsis, Mirage Cosmology
9. D. Chung, K. Freese, Can geodesics in extra dimensions solve the cosmological horizon problem?,
10. I. Antoniadis, E. Kiritsis, J. Rizos, T. Tomaras, D-branes and the standard model
www.kathimerini.grΠηγή: Κέντρο Θεωρητικής Φυσικής Κρήτης
Πηγή
