RelativKritisch Schwerpunkt: Neutrinos schneller als Tempolimit c0?
Seit ein paar Tagen schlagen ein paar Elementarteilchen, Neutrinos genannt, grosse Wellen in der wissenschaftlichen Community und in der Öffentlichkeit. Neutrinos sind dafür bekannt, recht unauffällige Gesellen zu sein, die sich nur äusserst selten über die Schwache Wechselwirkung bemerkbar machen. Umso heftiger ist der Aufruhr, den diese an sich sehr scheuen Geisterteilchen ausgelöst haben. Sie sollen das seit Albert Einsteins Relativitätstheorien und der darauf aufbauenden modernen Physik geltende kosmische Tempolimit c0 (die Vakuumgeschwindigkeit des Lichts) geknackt haben!
Gemessen haben das die Physikerinnen und Physiker am Oscillation Project with Emulsion tRacking Apparatus (OPERA) im Laboratori Nazionali del Gran Sasso, das im italienischen Bergmassiv des Gran Sasso beheimatet ist und primär nach den allfälligen Neutrino-Oszillationen, hier der in flight Umwandlung dieser Elementarteilchen zwischen Myonneutrinos und Tauneutrinos, suchen. OPERA ist ein Bestandteil des CERN Neutrinos to Gran Sasso-Experiments (CNGS). Die Quelle dieser Teilchen ist ein künstlich erzeugter Neutrinostrahl, der im Super Proton Synchrotron (SPS), u. a. der Vorbeschleuniger des Large Hadron Collider (LHC), der am CERN bei Genf erzeugt und anschliessend in südöstlicher Richtung nach Italien gelenkt wird.
RelativKritisch versucht mit diesem Schwerpunkt, einen Überblick auf die wichtigsten Entwicklungen und spannendsten Diskussionen zu diesem aufregenden Thema zu organisieren.
Oscillation Project with Emulsion tRacking Apparatus (OPERA)
Den Hype um die überlichtschnellen Neutrinos hatte am Donnerstag, den 22. September 2011, die BBC eingeleitet (Screenshot: Ethan Siegel, der Beitrag ist mit Update vom 23.09. auf den Online-Seiten der BBC abrufbar). Die Story, auch bei nature.com gemeldet (Particles break light-speed limit) verbreitete sich in Windeseile im Web, unter anderem über Associated Press (Roll Over Einstein: Pillar Of Physics Challenged). Und auch die Blogosphäre und in Internetforen schlug das Thema Wellen. Noch am Donnerstag nahm Florian Freistetter den Ball auf und verkündete auf den scienceblogs.de unter dem Titel CERN-Experiment: Sind Neutrinos schneller als das Licht? die Neuigkeit. Zu diesem Zeitpunkt hatte auch Ethan Siegel bereits reagiert und in seinem Blogbeitrag This Extraordinary Claim Requires Extraordinary Evidence! bereits die Achillesferse des Experiments benannt: den im Jahr 1987 gemessenen Neutrinoausstoss der Supernova 1987A, bei der Neutrinos unterschiedlicher Energie aus dem Kollaps des Sterns in guter Übereinstimmung mit den theoretischen Modellen des Supernovaprozesses und dem Tempolimit c0 von irdischen Observatorien detektiert wurden.
Dario Autiero (CNRS), 23.09.2011 am CERN
Am Freitag zogen schliesslich die deutschsprachigen Medien mit obszön überschlagenden Überschriften nach, z. B. der SPIEGEL, die Sueddeutsche Zeitung, Die Welt oder Die Zeit. Zu diesem Zeitpunkt gab es eine neue Pressemitteilung der Universität Bern, an der Antonio Ereditato, Leiter des OPERA-Projekts, eine Professur für Hochenergiephysik innehat. Die OPERA Collaboration hatte ein preprint ihrer Analyse bei arXiv eingestellt und via Pressemitteilung des CERN angekündigt, ihre Ergebnisse am Nachmittag des 23.09. auf einem Seminar vor den Fachkollegen zu erläutern und um Unterstützung bei der Fehlersuche zu werben. Die Veranstaltung wurde live über das CERN-Webcast übertragen (nachsehbar im Archiv des CERN Document Server). Die redaktionellen Webdienste mehrerer populärer Wissenschaftsmagazine reihten sich in die Berichterstattung ein. So spektrumdirekt.de oder auf wissenschaft.de, dem Online-Dienst von bild der wissenschaft, von Rüdiger Vaas bereits skeptisch ins Bild gerückt.
Auch in den Wissenschaftsblogs wurde versucht, die „OPERA Anomalie“ möglichst fachgerecht aufzufangen. Die Hintergründe und Substanz der OPERA-Messungen haben Jörg Rings (Neutrinos auf der Überholspur), Chad Orzel (Faster Than a Speeding Photon: „Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam“) und der physikBlog (Überlichtschnelle Neutrinos) auch möglichst laienverständlich durchleuchtet und beschrieben. Was die OPERA Collaboration getan hat, verdient höchsten Respekt. Nach gründlichsten internen Überprüfungen stellt sie ihre Ergebnisse ins offene Säurebad der Community der Physikerinnen und Physiker, um die letzten Fehlerquellen freizulegen. Das ist Wissenschaft vom Feinsten, wie zum Beispiel Christine Sutton und Corinne Mills auf den Quantum Diaries (da gibt es noch mehr stuff!) die Situation eindringlich ausdeuten.
SN1987A, Credit: STScI/ESA
Andere Blogger versuchen sich bereits in der Auslegung der Physik, wenn es denn nun so wäre, wie das die OPERA-Daten als „Fanal“ an die Wand malen. Martin Bäker räsoniert auf seinem Blog, physikalisch und wissenschaftshistorisch kompetent, über Tachyonen und die Zukunft Einsteins!
Bei anderen überwiegt die Skepsis. Der RT-Spezialist Markus Pössel, auch mehrfach ausgezeichneter Wissenschaftskommunikator, bespricht die OPERA-Ergebnisse nüchtern als eher rhetorische Frage (Überlichtschnelle Neutrinos?) und vergleicht sie konsequent mit der Pioneer-Anomalie. Pössel prägt in seinem Artikel den Begriff „CERN-Neutrino-Anomalie“, der stilprägend werden könnte. Wie Phil Plait, der „Bad Astronomer“, zeigt auch Pössel, dass die notwendige Zusatzannahme, Neutrinos verschiedener Sorten und Energien könnten sich unterschiedlich zum Tempolimit c0 verhalten, nicht besonders überzeugend ist. Ähnlich äussern sich namhafte Physiker, die von Scientific American befragt wurden.
Unabhängig von der beschleunigten Fehlersuche, die das OPERA-Team mit seinem Gang an die Öffentlichkeit eingefordert hat, werden in guter wissenschaftlicher Praxis auch ebenbürtige experimentalphysikalische Installationen versuchen, die OPERA-Daten zu reproduzieren. Für dieses Unternehmen stehen grundsätzlich zwei Anlagen kurzfristig zur Verfügung. Da ist zum einen das long baseline neutrino oscillation experiment „Tokai to Kamioka“ (T2K) in Japan, das seinen beam an den Super-Kamiokande ausrichtet. Und das Fermilab, das mit seinem „Neutrinos at the Main Injector“ (NuMI), vergleichbar mit CERN/OPERA, das „Main Injector Neutrino Oscillation Search“ (MINOS) am Soudan Underground Laboratory mit einem Neutrinobeam versorgt. Bereits im Jahr 2007 veröffentlichte die MINOS Collaboration ein Ergebnis, das ebenfalls eine Überschreitung des Tempolimits durch Neutrinos in Erwägung zog. Die Daten waren aber nicht signifikant und wurden deshalb verworfen.
Das Fermilab hat mittlerweile angekündigt, in vier bis sechs Monaten die Ergebnisse von OPERA überprüfen zu können. Dieser ehrgeizige zeitliche Rahmen wird dadurch möglich, dass die MINOS-Daten noch einmal durchgerechnet werden. Weiter hat das amerikanische Team angekündigt, seine Messreihen neu aufzulegen. Spannende Zeiten!
Die „Neue Physik“, die in diesem Jahr schon so oft propagiert wurde, wird wahrscheinlich unter konservativer Betrachtung auch mit den Ankündigungen des OPERA-Experiments ausbleiben. Erfreulich ist, dass trotz der aktuellen ökonomischen Depression die Kapazitäten vorhanden sind, um diese unerwarteten und spannenden Fragen physikalischer Grundlagenforschung wieder und wieder prüfen zu können. Ermutigend ist auch die kompetent vermittelte Popularisierung dieser aufregenden Ereignisse durch eine Reihe von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die das Bloggen als gewichtige Form der Wissenschaftkommunikation angenommen haben. Auch wenn diese Ansätze von „open science“ im Rauschen mittelmässiger Spekulationen versanden, findet sich die eine oder andere Perle in den Diskussionen. Auch in diesem speziellen Fall. Andererseits muss man leider auch feststellen, wie systematisch crackpots und Einstein-Gegner diese Diskussionen entern. Es ist allerdings auch äusserst amüsant, wie sie auch an diesem konkreten Projekt scheitern.
RelativKritisch wird an diesem Thema dran bleiben. Unsere Übersicht ist zwangsläufig subjektiv und eingeschränkt. Weitere interessante Diskussionen werden wir im Kommentarbereich verlinken und zur Diskussion stellen.
Update: Weitere Links (u. a. aus dem Kommentarbereich)
- Collider Blog: OPERA not contradicted by SN1987a (23.09.2011)
- A Quantum Diaries Survivor: A Six-Sigma Signal Of Superluminal Neutrinos From Opera! (19.09.2011)
- the reference frame: Italian out-of-tune superluminal neutrino opera (22.09.2011)
- Starts With A Bang: Are we fooling ourselves with faster-than-light neutrinos? (26.09.2011)
- FAZ.net/Caren Hagner: „Der Zeitpunkt der Veröffentlichung war verfrüht“ (29.09.2011)
- Collider Blog: Theories about Superluminal Neutrinos (01.10.2011)
- Die Natur der Naturwissenschaft: Schneller als Licht? (30.09.2011)
- Der Quantenmechaniker Joachim Schulz: Mehr als Licht auf dem Tacho (03.10.2011)
- Los Angeles Times: CERN and colliding theories (04.10.2011)
- Eugenie Samuel Reich: Uhrenfehler auf der Neutrinobahn? (06.10.2011)
- Matt Strassler: Is the OPERA Speedy Neutrino Experiment Self-Contradictory? (06.10.2011)
- Der Quantenmechaniker Joachim Schulz: Überlichtschnelle Neutrinos verlieren Energie (09.10.2011)
- Ronald A.J. van Elburg: Times of Flight between a Source and a Detector observed from a GPS satelite (submitted 12.10.2011)
- Ethan Siegel: Game Over for Faster-Than-Light Neutrinos? (18.10.2011)
- Ethan Siegel: A Test for Neutrinos: Put Up or Shut Up (26.10.2011)
- Diskutiere über den RelativKritisch Schwerpunkt: Neutrinos schneller als Tempolimit c0? mit anderen Lesern im Forum Alpha Centauri!
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Erstmal Dank @Redaktion, für die gut belegte Presserundschau zum Thema! 😀
Das hier
finde ich allerdings in den betreffenden Beiträgen nicht wieder:
Zwar schreibt Dr. Pössel hier http://www.scilogs.de/wblogs/blog/relativ-einfach/teilchenphysik/2011-09-23/ueberlichtschnelle-neutrinos
und bezieht sich dabei auf „Tachyonen“, welche er im Absatz zuvor
Dr. Pössel schreibt aaO
erwähnt hatte.
Das genügt aber noch nicht, um Hypothesen betr. FTL-Neutrinos schon aufgrund der SN 1987A als „wenig überzeugend“ einzuschätzen; es könnten eben auch ja Neutrinos und eine Energie-abhängige LIV durch eben jene vorliegen, die Überprüfung solcher Hypothesen, u.a. eben gerade mittels des OPERA-Experimentes, wurde z.B. in [EHM+08] diskutiert.
Wenn eine solche LIV vorläge, bräuchte man Tachyonen nicht zu hypothetisieren.
Auch der „Bad Astronomer“ „zeigt“ hier http://blogs.discovermagazine.com/badastronomy/2011/09/22/faster-than-light-travel-discovered-slow-down-folks/
gar nichts was Energie-abhängige LIV „wenig überzeugend“ machte, sondern verleiht schlicht seiner Skepsis Ausdruck.
—
Dass „Skepsis“ hier natürlich z.Zt. überaus angebracht ist, bedarf wohl keiner weiteren Erwähnung durch mich.
—
Die Referenzen von [EHM+08] liefern übrigens eine gute Übersicht über den einscjlägigen Forschungsstandstand per 2008; zur Empirie zu SN 1987A finden sich da
die Papers (ausser demjenigen „JETP Lett.“ aus [18], für JETP hab ich kein Ticket) hab ich mal unten mal etwas blogfreundlicher labelled.
In [AAKV88] finden in Table 3 folgende Verdichtung der Angaben zur SN 1987 A:
KAMIOKANDE-II 11 16.7 ± 1.1 MeV
Baksan 5 19.4 ± 1.7 MeV
IMB 8 33.8 ± 2.9 MeV
(Detector – number of observed events – average detected neutrino energy)
In [EHM+08] Table 2 findet man t, MeV und σ_E zu den einzelnen Events zu SN 1987A.
—
Im „Collider Blog“
http://muon.wordpress.com/
gab es schon am Freitag einen Beitrag
OPERA not contradicted by SN1987a
Den dort eingebundenen Plot finde ich aber
– wegen des nur schmalen eV-Intervalls von SN1987A [7.5 ± 2, 38 ± 7] MeV ([EHM+08] Table 2 entnommen),
– der Unsicherheit hinsichtlich des möglichen lags aufgrund der Kollaps-Dynamik.
– und der geringen Zahl von SN 1987 ν-Events
reichlich dubios.
Für ein curve-fitting über drei(!) Grössenordnungen hinweg sehe ich da keine statistische Basis.
*)Das „id est“ habe ich zur Verdeutlichung eingeschoben, der Wortlaut stammt aus dem dem Zitat aaO vorangehenden Absatz.
Bibliography
==========
[AAKV88] E.N. Alexeyev, L.N. Alexeyeva, I.V. Krivosheina, and V.I. Volchenko.
Detection of the neutrino signal from sn 1987a in the lmc using the inr baksan underground scintillation telescope.
Physics Letters B, 205(2-3):209 – 214, 1988.
[BBB+87] R. M. Bionta, G. Blewitt, C. B. Bratton, D. Casper, A. Ciocio, R. Claus, B. Cortez, M. Crouch, S. T. Dye, S. Errede, G. W. Foster, W. Gajewski, K. S. Ganezer, M. Goldhaber, T. J. Haines, T. W. Jones, D. Kielczewska, W. R. Kropp, J. G. Learned, J. M. LoSecco, J. Matthews, R. Miller, M. S. Mudan, H. S. Park, L. R. Price, F. Reines, J. Schultz, S. Seidel, E. Shumard, D. Sinclair, H. W. Sobel, J. L. Stone, L. R. Sulak, R. Svoboda, G. Thornton, J. C. van der Velde, and C. Wuest.
Observation of a neutrino burst in coincidence with supernova 1987a in the large magellanic cloud.
Phys. Rev. Lett., 58:1494–1496, Apr 1987.
[EHM+08] John Ellis, Nicholas Harries, Anselmo Meregaglia, André Rubbia, and Alexander S. Sakharov.
Probes of lorentz violation in neutrino propagation.
Phys. Rev. D, 78:033013, Aug 2008.
[HKK+ 87] K. Hirata, T. Kajita, M. Koshiba, M. Nakahata, Y. Oyama, N. Sato, A. Suzuki, M. Takita, Y. Totsuka, T. Kifune, T. Suda, K. Takahashi, T. Tanimori, K. Miyano, M. Yamada, E. W. Beier, L. R. Feldscher, S. B. Kim, A. K. Mann, F. M. Newcomer, R. Van, W. Zhang, and B. G. Cortez.
Observation of a neutrino burst from the supernova sn1987a.
Phys. Rev. Lett., 58:1490–1493, Apr 1987.
Ich würde mich über einen Hinweis dazu freuen, wie man die Neutrinos Richtung Italien gelenkt hat?
@Noblinski:
Nachdem man Neutrinos weder vernünftig bündeln noch lenken kann, gehe ich mal davon aus, dass die gerichtet erzeugt werden.
Gruß
So ist es. Das ganze geschieht in Genf mit dem Experiment CERN Neutrinos to Gran Sasso (CNGS). Für einen Überblick reicht bereits der wikipedia-Artikel.
Grüsse galileo2609
Kleine Korrektur zur Chronologie:
der erste Hinweis kam bereits am Montag, 19.09 in Tomaso Dorigos Blog, http://www.science20.com/quantum_diaries_survivor/sixsigma_signal_superluminal_neutrinos_opera-82744
Der hat ihn zwar sehr schnell wieder vom Netz genommen, (inzwischen wieder online) aber Lubos Motl war noch schneller und hat noch am selben Tag einen ausführlichen Blogbeitrag zum Thema verfassst. http://motls.blogspot.com/2011/09/italian-out-of-tune-superluminal.html (mit Update vom 22.09.)
Als Florian Freistetter am Donnerstag seinen (nach eigenen Worten) hastig hingeschriebenen Artikel gebracht hat, war das Thema also schon einmal durch die Blogosphäre.
Hallo Alexander,
vielen Dank für die Hinweise. Spannend.
Grüsse galileo2609
Hallo Solkar,
ich interpretiere die Textstellen in den verlinkten Blogs von Markus Pössel und Phil Plait durchaus so, dass die SN1987A-Daten eine fundierte und nachvollziehbare Skepsis beschreiben. Wie wir alle wohl auch, sehen die beiden Blogger das Problem, dass man die SN-Messungen nur dann unter einen Hut mit den OPERA-Daten bringen kann, wenn man den Unterschied in den Energien und Sorten der jeweils detektierten Neutrinos zwanghaft hervorhebt.
Das führt aber zu mehreren Konflikten. Auch die SN1987-Neutrinos hatten unterschiedliche Energien. Dennoch sind sie nach ca. 168 kly gleichzeitig registriert worden. Auch die SN1987-Neutrinos durchlebten denselben Prozess der Oszillation. Aufgrund der Detektortechnik wurden nur die gemessen, die im Detektor Eletronneutrinos waren. Tatsache ist, dass man eine Reihe von Zusatzannahmen erlauben müsste, um die SN1987-Daten mit denen des OPERA-Experiments in Konsistenz zu bringen. Das gilt im übrigen auch schon für die OPERA-Daten selbst. Die OPERA-Neutrinos stammen aus dem Zerfall der CNGS-Pionen und Kaonen, die unter Tempolimit c0 auf die Strecke gebracht wurden. Woher käme die Beschleunigung, um die Neutrinos auf FTL zu bringen?
Grüsse galileo2609
‚Ich‘ alias ‚Jemand‘ hat dazu eine, wie ich finde, äußerst verlockende Idee geäußert:
‚Ich‘ verwirft zwar im nächsten Satz diesen Gedanken wieder, aber trotzdem finde ich diese Idee recht interessant, wonach Neutrinos einfach etwas „beweglicher“ als Photonen wären. IMO vermeidet man mit diesem Ansatz viele (wenn nicht alle) der befürchteten Widersprüche zur SRT.
Gruß
Hallo Barney,
das beantwortet nicht meine Frage. Die Pionen und Kaonen, bei deren Zerfall sich die Neutrinos bilden, sind unterhalb des Tempolimits unterwegs.
Grüsse galileo2609
Hallo galileo2609,
Myonen und Kaonen sind Teilchen mit enormen Ruhemassen im Vergleich zu den Neutrinos. Dass solche Teilchen generell unter dem Tempolimit unterwegs sind, läßt sich doch sofort über die relativistische Energie-Impuls-Beziehung begründen.
Gruß
Hallo galileo2609,
wirklich ernst zu nehmen sind die Beobachtungsdaten von der Supernova von 1987. Aber auch diese Daten ließen sich IMO durch das stärkere Gravitationspotential der Erde erklären, das eine höhere Dichte an dunkler Materie „akkretiert“, als unsere Milchstraße.
Interessant ist auch noch die Frage vom astronews.com-Forum bezüglich der Genauigkeit der GPS-Positionsbestimmung. Wurde dabei der Brechungsindex der Erdatmosphäre berücksichtigt? Insofern fände ich es auch interessant die Ausgangsmessungen am CERN zu verschiedenen Jahreszeiten durchzuführen, um den Einfluss der Erdatmosphäre auf das GPS-Signal auszuschließen.
Gruß
Danke nochmal für den wiki-Tip. Nachdem ich das gelesen habe, erscheint mir das Experiment richtig raffiniert. Viel abgefahrener als ich dachte.
Zu Eurer Diskussion hier fällt mir bloß ein: Solange man nicht so etwas wie Beugung oder Interferenz für Neutrinos nachgewiesen hat, muß doch davon ausgegangen werden, daß es sich um räumlich eng lokalisierte Partikel handelt, im Gegensatz zu Photonen, die quasi gleichzeitig überall sind. Muß es denn verwundern, daß man nicht Ergebnisse erhält, wie man sie von Wellen erwartet? Wundern sich die Physiker mittlerweile darüber, daß tatsächlich mal etwas neues entdeckt wird?
Noblinski hat geschrieben:
Hallo Noblinski,
das nicht unbedingt, aber es wird die nächste Zeit vorrangig erst mal darum gehen, zu prüfen, ob man die Resultate vom CERN nicht mit bestehendem Wissen erklären kann 😉 .
Gruß
Hallo galileo!
#7 | galileo2609 | 28. September 2011, 23:19
Die OPERA-Neutrinos stammen zum grössten Teil aus dem Zerfall der CNGS-Pionen und Kaonen; vgl.[OPE11] Fig 2.
Neutrinos aus Sekundärzerfällen von Myonen tragen offenbar nur gering bei; vgl. [OPE11], Angaben zur „contamination“ im Absatz oberhalb v. Fig 2 und Zerfallswege von Myonen.
#7 | galileo2609 | 28. September 2011, 23:19
Dass es im Rahmen der Gültigkeit der SRT unmöglich ist, ein „Teilchen“ von v < c auf v > c zu beschleunigen, brauche ich wohl nicht darzustellen, oder?
Für v < c wäre die Erzeugung zweier "Teilchen", von denen eines leichter aber schneller ist als das zerfallende Ursprungsteilchen übrigens kein grundsätzliches qualitatives* Problem; das jeweils andere Zerfallsprodukt wäre entsprechend langsamer und dadurch die Impulsbilanz wieder ausgeglichen.
Ob das allerdings in beliebigen Zerfallsprozessen in beliebiger Skalierung möglich wäre, vermag ich nicht zu sagen.
Wie aber "FTL-Impuls" in einer hypothetischen "FTL-Kinematik" anzusetzen wäre, weiss ich nicht und darüber will ich auch nicht spekulieren.
Grüsse,
Holger
*)Dass c und E_tot dabei aber quantitative Grenzen setzen, versteht sich von selbst.
[OPE11] OPERA Collaboration. Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam. ArXiv e-prints, September 2011. Available from World Wide Web: http://arxiv.org/abs/1109.4897v1.
Hallo Solkar,
dass mit den CNGS-Myonen hatte ich noch am frühen Abend in meinen Kommentaren korrigiert. Dummer Fehler meinerseits.
Ich stelle mittlerweile fest, dass ich meine Kenntnis zu Neutrinos schärfen muss. Da habe ich Nachholbedarf. Meine Überlegungen sind daher eher gegenstandslos.
Danke und Grüsse galileo2609
Einen interessanten Artikel zum Thema und (zum Teil) sehr spannende Analysen in den Kommentaren gibt es wieder von und bei Ethan Siegel: Are we fooling ourselves with faster-than-light neutrinos?
Grüsse galileo2609
Hallo Galileo,
ich fürchte, das geht den meisten hier so. Kommt hinzu, dass es auch zahlreiche „Privattheorien“ zu diesem Thema gibt, die es in die Publikationen gebracht haben, die aber nur mögliche theoretische Modelle darstellen.
Dieses „nur“ ist von mir keineswegs abwertend gemeint, im Gegenteil, es sind sehr wichtige theoretische Arbeiten. Aufgrund diverser Gründe fehlt ihnen deren experimentelle Bestätigung und für einen Nicht-Spezialisten ist es mittlerweile sehr schwer, sich ein ausgewogenes Bild zu verschaffen.
Was man bräuchte wäre eine Zusammenstellung des experimentell gesicherten Wissens über Neutrinos mit anschliessender Darstellung möglicher theoretischer Modelle. So ist es ja beispielsweise nur eine Idee, die immer wieder bei Unstimmigkeiten auftaucht, dass Neutrino’s ihre eigenen Anti-Teilchen sein könnten, mit der brutalen Konsequenz übrigens, dass die Leptonenzahl nicht mehr erhalten wäre.
Freundliche Grüsse, Ralf
Neutrinos wechselwirken so selten, dass man kaum Beugungsbilder mit ihnen erstellen kann.
Nein, man muss davon ausgehen, das Neutrinos ebenso wie alle anderen Partikel den Regeln der Quantenmechanik folgen. Das bedeutet, dass sie eine Wellenfunktion besitzen, die bei Reaktion mit Atomkernen kollabiert. Daher kommt hier der Teilchenaspekt zum Tragen, denn ein Neutrino kann nur als Ganzes mit einem Atomkern reagieren, was wohl auch das Ende seiner Existenz zu bedeuten scheint.
Photonen sind in der Tat, zumindest theoretisch, „gleichzeitig überall“, wenn man nicht ihre „Startzeit“ ab Quelle, sondern ihre Energie genau misst. Das ist aber keine Spezialeigenschaft des Photons, es gilt für alle Quanten.
Wenn ein Photon eine „Sicht der Dinge“ hätte, wäre es gleichzeitig überall (auf seinem Weg), weil es mit c fliegt. Es benötigt keine Eigenzeit von einem 10 Mrd. LJ entfernten Stern um 9999997989 v. Chr. bis zum Hubble-Teleskop im Jahre 2011 n.Chr.. Allerdings hat die Strecke „aus der Sicht des Photons“ auch die Länge 0.
Hallo Ralf!
#17 | ralfkannenberg | 30. September 2011, 09:55
Stimmt, aber die meisten von uns sind in der beneidendswerten Lage, nicht mit den jetzt sehr zahlreichen Publikationen arbeiten zu müssen; sondern wir beschäftigen uns ja freiwillig damit und dürfen uns bei solchen Themen wie „relativistische Teilchenphysik und QM“ auch mal weitläufig verirren – sich da zu verirren ist nicht ehrenrührig.
Zu dem Zweck „geistig fit bleiben“ ist etwas HEP zudem allemal spannender als Sudoku oder Schach. 😀
Peinlich wird’s erst wenn sich Leute aus dünnstem Garn Pullover stricken wie unsere lieben mahag, Thimm & Co.
Grüsse,
Holger
Interessantes Interview mit Caren Hagner (OPERA Collaboration) bei FAZ.net (29.09.2011):
Grüsse galileo2609
Ein summary aus dem „Collider Blog“
http://muon.wordpress.com/2011/10/01/theories-about-superluminal-neutrinos/
ist lesenswert.
Von den dort verlinkten Papers hab ich mir [CG11] angesehen; Cohen & Glashow bringen Bremsstrahlung bei superluminalen Geschwindigkeiten in Ansatz und versuchen so einen Widerspruch zwischen der Hypothese „superluminal“ und den in Gran Sasso gemessenen hohen Energieniveaus aufzuzeigen; gute Zusammenfassung dazu in obigem Colliderblog-Beitrag.
—
Mir ist sonst noch insbesondere [Keh11] aufgefallen; Dr. Kehagias bringt ein skalares, statisches Feld
in Ansatz und erhält eine Deformation der Metrik (eq(10)), die qualitativ zum Phänomen passt – und das alles ohne LIV!
Nach quantitativer Eichung auf die Grössenordnung des von OPERA gemessenen δv erhält er recht interessante weitere Grössen – einfach mal querlesen!
Hinweis dazu:
Das „
“ im zweiten Summanden von [Keh11]/eq(8) ist ein Typo; das muss ein „
“ sein; Dr. Kehagias hat das in kurzem Schriftwechsel mit mir bestätigt.
Grüsse @all,
Holger
[CG11] A. G. Cohen and S. L. Glashow. New Constraints on Neutrino Velocities. ArXiv e-prints, September 2011.
Available from World Wide Web: http://arxiv.org/abs/1109.6562.
[Keh11] A. Kehagias. Relativistic Superluminal Neutrinos. ArXiv e-prints, September 2011.
Available from World Wide Web: http://arxiv.org/abs/1109.6312.
Nachdem ich eine Reihe entsprechender Beiträge zum Thema durchstöbert habe, bin ich bei der Schilderung der Datenauswertung etwas nachdenklicher geworden.
Soweit ich es übersehen kann, liegt bei der Datenauswertung im Grunde ein Problem der theoretischen Nachrichtentechnik vor.
Betrachtet man die zeitliche Verteilung des Protonenpakets als amplitudenmoduliertes Pulspaket, das gesendet wird und betrachtet man die zeitliche Verteilung des am Detektor ankommenden Neutrinopakets als das zugehörige, verrauschte Empfangssignal, so kann man die bestens bewährten Methoden der Informationstheorie anwenden, um das Maximum an Information zu extrahieren.
So wundert es mich, warum nicht die einfachste und beste Methode, die zur
Verügung steht, nämlich die der Autokorrelation (bzw. Kreuzkorrelation) von Empangssignal mit dem Sendesignal angewendet wurde, um die Zeitdifferenz und deren Toleranz mit der maximal möglichen Präzision zu bestimmen.
Ich kann nicht wissen, ob bei der Auswertung der Daten die Gebiete Informationstheorie und Nachrichtentechnik entsprechend zur Geltung kamen. Sollte das nicht der Fall gewesen sein, so bliebe angesichts der Bedeutsamkeit der Ergebnisse etwas nachzuholen, meine ich.
Hallo haereticus,
das ist ein Thema, das sehr intensiv in dem bereits verlinkten Beitrag von Ethan Siegel, Are we fooling ourselves with faster-than-light neutrinos?, diskutiert wird.
Grüsse galileo2609
Was man auf keinen Fall verpassen sollte:
Physicist Ethan Siegel explains speeding neutrinos bei KGW NewsChannel 8, Portland. Und das ganze im Kilt oder so!
Grüsse galileo2609
Und noch ein Highlight!
Italien ist ein von den Göttern nicht mehr allzu verwöhntes Land. Die Rating-Agenturen machen ihm das Leben schwer. Aber vor allem auch der eigene Ministerpräsident Silvio Berlusconi. Gerade hat Francesco Saverio Romano, der erst im März diesen Jahres wg. Gefälligkeiten für den schleudernden MP eingekaufte Landwirtschaftsminister, ein Misstrauensvotum wg. seiner mutmasslichen Mafia-Kontakte überlebt.
Nun erwischt es auch die durchsetzungsfähige Ministerin für Bildung, Hochschule und Forschung, Mariastella Gelmini. In einer Pressemitteilung vom 23.09.2011 (inzwischen vom Web genommen) äusserte sich Gelmini zum OPERA-Experiment. Und seitdem kursiert im Web die Welle, die Ministerin habe den Eindruck erweckt, dass Italien wesentliche Beiträge zum „Tunnel“ zwischen CERN und dem Gran Sasso geleistet habe, durch den die Neutrinos von der Schweiz nach Italien einreisen konnten.
Über die Interpretation dieser Sätze streiten gerade die „Gelehrten“. Wesentlicher ist jedoch folgender Satz von Gelmini, wie Cassandra’s legacy zu recht moniert:
Die leichtfüssige Festlegung darauf, dass OPERA bereits die Physik revolutioniert habe, ist für eine Wissenschaftsministerin angesichts des laufenden Klärungsprozess sicherlich unglücklich. Hinzu kommt, dass die Ministerin in ihrem angekündigten Sieg der Wissenschaft über das Tempolimit c0 bereits eine epochale Weichenstellung sieht. So weit darf man von den Grundlagen seines Amtes dann doch nicht entfernt sein. Oder in den Worten von „Cassandra’s legacy“:
Grüsse galileo2609
Betreff: #23 galileo2609
Hallo Galileo,
der verlinkte Beitrag von Ethan Siegel (Are we fooling ourselfes … ) weist unter
Option 3 auf eine mögliche Fehlinterpretation hin, die dadurch zustande kommen kann, dass der Impuls auf seinem Weg zum Detektor durch verschiedene Vorgänge gefiltert wird, was dem Einfluss einer dem Übertragungskanal inherenten MTF, also einer entsprechenden Modulationsübertragungsfunktion, zuzuschreiben ist.
Würde man den gefilterten, bzw. verrauschten Empfangspuls mit seinem Sendepuls kreuzkorrelieren (im Idealfall des unverrauchten Kanals also autokorrelieren), könnte der optionale Fehlermechanismus 3 nicht mit voller Wucht greifen. Es könnte also nicht ein völlig abwegiges Ergebnis, wie geschildert, hineininterpretiert werden.
Vor allem würde auch bei sehr kleinem Signal/Rauschverhältnis der erhaltene
Mittelwert der zeitlichen Abweichung zusammen mit der resultierenden Streuung das beste sein, was die Informationstheorie zum Thema liefern kann.
Die Kreuzkorrelationsfunktion liefert nämlich zum Mittelwert auch die Streung, welche dann im Falle eines total verfälschten Eingangspulses so hoch wäre, dass der Relevanz des Ergebnisses objektiv die richtigen Grenzen gesetzt würden.
Grüsse haereticus
Experimente dazu gab es bereits vor etlichen Jahren: http://en.wikipedia.org/wiki/Double_beta_decay
[…] und, seit die „OPERA Collaboration“ die scientific community mit experimentellen Ergebnissen zu möglicherweise überlichtschnellen Neutrinos konfrontiert hat, um eine aggressive Überprüfung dieser Daten mit hauseigenen Mitteln. Fermilab […]
Hallo haereticus,
vermutest Du das oder hast Du den Preprint mit der Überlichtgeschwindigkeit der myonischen Neutrinos mitsamt seinen ganzen Auswertungen gelesen ?
Freundliche Grüsse, Ralf
Hallo Ralf,
ich vermute das stark, nachdem ich nicht nur den Preprint, sondern auch noch ein gutes Dutzend anderer Beiträge zum Thema durchgesehen habe.
Aber meinen Kopf würde ich dennoch darauf nicht verwetten.
Ein weiterer Beitrag zum Thema folgt sogleich.
Freundliche Grüsse
haereticus
Nach weiterer Beschäftigung mit dem Thema Signalauswertung möchte meinem Beitrag #26 noch einiges hinzufügen.
Die graphische Darstellung der Neutrinoverteilung besteht aus der Anzahl von Ereignissen, die in Zeitintervallen von jeweils 150 ns aufsummiert wurden. Ich konnte bislang nicht herausfinden, ob diese Zeitintervalle diskret oder gleitend gesetzt wurden.
Wie auch immer, ist klar, dass bei einer Aufsummierung und evtl. zeitlichen Verwaschung unwiederbringbar Information verloren geht. Das Signal wurde also durch diese Prozeduren sozusagen ‚tiefpassgefiltert‘.
Auch, wenn das ankommende Signal keinerlei Unterschied zum gesendeten Signal hätte, wird es dennoch im Empfänger quasi ’schmalbandiger‘ und somit mehrdeutiger gemacht.
Das gesendete Signal aber hat, soweit bekannt, erhebliche Frequenz-Anteile im
10 ns Bereich. Dies entspräche etwa der theoretisch höchsten Genauigkeit, mit der man es bei idealer Detektion zeitlich festlegen könnte. Schon das gibt zu denken.
Was nun die zeitliche Zuornung des Empfangssignals per se betrifft, führt dies zu einer Unsicherheit, die aber etwa um die 150 ns liegen dürfte. Dies gilt für jeden einzelnen Empfangspuls (der Dauer von 10.5 µs) gleichermaßen.
Der Vergleich mit dem Sendesignal ist dadurch erschwert und erfordert viele unabhängige Einzelmessungen und erheblichen rechnerischen Aufwand, wie ja in CERN geschehen.
Man kann durchaus verschiedene Verfahren anwenden, um aus einer großen Zahl von statistisch unabhängigen Messungen die zeitliche Zuordnung bis an’s Limit zu verbessern, sei es durch ein ‚maximum likelihood‘-Verfahren, wie es ja angewendet wurde, oder nach entsprechender Signalaufbereitung auch ein Korrelationsverfahren.
Hallo haereticus,
sehr gut. Dann würde ich aber meine Überlegungen nicht (nur) per Blog kundtun, sondern den CERN direkt anschreiben; vielleicht könntest Du denen erhebliche Arbeit abnehmen.
Freundliche Grüsse, Ralf
#29 | haereticus | 3. Oktober 2011, 12:13
Und ich vermute ganz stark, dass die Wissenschaftler der OPERA-Collaboration ihre eigene Versuchsanordnung, einschliesslich der bei der Auswertung anzuwendenden statistischen Verfahren, besser verstehen als Aussenstehende.
@ Solkar
Wir können eben nur vermuten.
@haereticus:
Dein Argument gefällt mir ebenfalls. Also: Fragen kostet nix: http://operaweb.lngs.infn.it/spip.php?rubrique34&lang=en. Die Antwort von CERN würde mich ebenfalls interessieren.
Gruß
@Barney:
Danke, da bin ich ja gut beraten.
Einstweilen hat mir ein kleiner Dämon geraten, doch lieber klerikalen Rat
einzuholen. Darauf ist mir wieder einmal der verblichene Reverend Bayes
in den Sinn gekommen.
Aber sei’s drum. In ein paar Monaten werden wir wissen, was Sache ist.
Geduld ist eine Tugend.
Mit bestem Gruß haereticus
@haereticus
Nur ist meine Vermutung hinsichtlich der Kompetenz der OPERA-Kollaboration per-se plausibel; um aber Deine Vermutung, dass da grundlegende Fehler bei der Signalauswertung gemacht wurden, zu substanziieren, müsstest Du schon noch Butter bei die Fische tun; z.B. so:
– Eine Generatorfunktion als „Sender“
– deren Output, geeignet moduliert und „gefiltert“, als „Empfang“ interpretiert
– und einmal mittels max-likelihood und einmal mittels Kreuzkorrelation ausgewertet und gegen das generierte Signal abgeglichen.
Das schätzte ich auf <500 Zeilen C++; das zu schreiben ginge schneller als N+1 Beiträge mit freihändiger, luftschlossresidenter Methodenkritik, die sich hier gerade abzeichnen.
@Solkar | 3. Oktober 2011, 16:24
Ich hatte keine grundlegenden Fehler bei der Signalauswertung vermutet, sondern eine alternative und m.E. bessere Methode angesprochen.
Inzwischen glaube ich aber, dass es im Endeffekt in großer Näherung auf das
Gleiche hinauskommt.
Also bestehen von meiner Seite keinerlei Zweifel an der Kompetenz der beteiligten Wissenschaftler/innen.
Da im Moment weltweit über das überraschende Ergebnis des Experimentes
diskutiert und nachgedacht wird, müsste es aber erlaubt sein, mit einer
gewissen, relativ kritischen Haltung auch an die bislang veröffentlichten
Ergebnisse heranzugehen.
N.B.: Ich fände es großartig, wenn sich das Ergebnis der Versuche
als korrekt herausstellen würde.
Hallo haereticus,
ich möchte ja nicht als altmodisch verschrien werden, aber ehe ich da etwas grossartig finde möchte ich an folgenden Beitrag von Snusmumriken erinnern:
Freundliche Grüsse, Ralf
Hallo Ralf,
wenn es mich als alten Knaben schon vom Stuhl reißt, wenn ich an
die möglichen Konsequenzen dieser Versuche denke, warum nicht auch
die jüngeren?
Wissenschaft ist doch auch Abenteuer. Ein Physiker, der seinen Beruf mit einer gewissen Leidenschaft betreibt, kann doch nicht anders, als sich mit dem
pro und kontra zu befassen, bis sich Trub und Wein geschieden haben.
Einstweilen trinken wir mit Freude den Federweissen.
Beste Grüsse
haereticus
Hallo haereticus,
genau, und das ist ja auch richtig und gut so. An den Tag der Veröffentlichung werden wir uns alle immer erinnern und wir werden uns – egal wie es ausgeht – gerne daran zurückerinnern.
Freundliche Grüsse, Ralf
Zwei weitere interessante Beiträge bei den SciLogs.de.
Josef Honerkamp: Schneller als Licht? (30.09.2011)
Joachim Schulz: Mehr als Licht auf dem Tacho (03.10.2011)
Das bezweifelt wohl niemand. Aber die Leute von OPERA fragen nach externem Rat. Begründbare Spekulationen müssen in diesem Fall erlaubt sein.
LG
RelativKritisch Redaktion
Hallo,
mich würde interessieren welcher Strecke der gemessene „Fehler“
eines GPS-SATS ausmacht.
Wie weit ist also der Signalgeber (Zeitgeber) von seiner „richtigen“ Position weg damit eine entsprechende Zeitdifferenz (zu Neutrino = c) auftritt.
Denn die Synchronisation der Uhren wurde ja mit GPS erstellt.
Gruss Kurt
Kurt,
reicht es nicht, dass du im PhysikBlog schon doof aufgefallen bist?
galileo2609
Alles ist relativ, so auch deine „Beurteilungen“
Kurt
Kurt,
mit Sicherheit nicht. Und nun husch husch zurück ins MAHAG. Aber flott.
galileo2609
„Alles ist relativ“
Was denn nicht?
Kurt
Zum Beispiel ist es absolut sicher, dass du hier nicht erneut deine Hypothesen, die niemand braucht, ausbreiten wirst.
galileo2609
Hallo Kurt,
im Preprint wird das mit dem GPS und auch den Zusatzmassnahmen sehr ausführlich erläutert. Hast Du Dir das angeschaut oder erwartest Du, dass andere das für Dich tun ?
Freundliche Grüsse, Ralf
Hallo Ralf,
Ich habs mir nicht angeschaut, ganz einfach deswegen weil ich nicht weiss wo das zu finden ist.
Anschauen möchte ich es mir gerne selber.
Und, ja, Hilfe -erwarte- ich schon,
und zwar
– wenn ichs nicht lesen kann (englisch)
– nicht verstehen kann (unbekannt Fachbegriffe/Formeln)
Gruss Kurt