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zoom RSS 光速を超えるニュートリノ

<<   作成日時 : 2011/09/24 15:25   >>

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根底崩れた?相対論…光より速いニュートリノ画像
                              読売新聞9月23日(金)21時28分
 名古屋大などの国際研究グループは23日、物質を構成する素粒子の一種であるニュートリノが、光の速度より速く飛んでいるとする観測結果を発表した。

 現代物理学の基礎であるアインシュタインの特殊相対性理論では、宇宙で最も速いのは光だとしている。今回の結果は同理論と矛盾しており、観測結果が事実なら物理学を根底から揺るがす可能性がある。

 この観測結果が得られたのは、スイス・ジュネーブ郊外にある欧州合同原子核研究機関(CERN)の「OPERA実験」。ニュートリノ(ミュー型)を加速器という装置で打ち出し、約730キロ・メートル離れたイタリアのグランサッソー地下研究所へ地中を通して飛ばした。

 光はこの距離を0・0024秒で飛ぶが、今回の観測によって、ニュートリノは光より1億分の6秒早く到達していることが分かった。これは、光の速度より0・0025%だけ速く飛んだことを示している。

 ニュートリノの飛行速度を巡っては、2007年に米国の研究チームが論文を発表している。しかし、この時は誤差と区別がつかなかったため、「光速と差がない」と結論づけられた。今回は原子時計を備えた全地球測位システム(GPS)と光学測量を組み合わせ、3年間かけて約1万5000個分の飛行速度を精緻に測定した。その結果、誤差を考慮しても、光速を超えていることが判明した。

 この観測結果は現代物理学では説明できない。観測に参加した名古屋大の中村光廣准教授は「物理学全体への影響が大きいため、解釈は加えないと研究グループ内で合意している」と述べ、他グループの実験による検証を求めるために発表に踏み切ったとしている。

 ◆ニュートリノ=電気的に中性で、物質を透過する。「電子型」「ミュー型」「タウ型」の3種類があり、飛行中にそれぞれ別の種類に変化するニュートリノ振動という現象を起こす。以前は質量がゼロと考えられていたが、故・戸塚洋二東京大特別栄誉教授らによる観測で、質量があることが明らかになった。



光速超えるニュートリノ 「タイムマシン可能に」 専門家ら驚き「検証を」  産経新聞9月24日(土)0時34分

名古屋大などの国際研究グループが23日発表した、ニュートリノが光よりも速いという実験結果。光よりも速い物体が存在することになれば、アインシュタインの相対性理論で実現不可能とされた“タイムマシン”も可能になるかもしれない。これまでの物理学の常識を超えた結果に、専門家からは驚きとともに、徹底した検証を求める声があがっている。

 ■概念変わる?

 「現代の理論物理がよって立つアインシュタインの理論を覆す大変な結果だ。本当ならタイムマシンも可能になる」と東大の村山斉・数物連携宇宙研究機構長は驚きを隠さない。

 アインシュタインの特殊相対性理論によると、質量のある物体の速度が光の速度に近づくと、その物体の時間の進み方は遅くなり、光速に達すると時間は止まってしまう。

 光速で動く物体が時間が止まった状態だとすると、それよりも速いニュートリノは時間をさかのぼっているのかもしれない。すると、過去へのタイムトラベルも現実味を帯び、時間の概念すら変更を余儀なくされる可能性もある。

 それだけに、村山氏は「結果が正しいかどうか、別の検証実験が不可欠だ。実験は遠く離れた2地点の間でニュートリノを飛ばし、所要時間を計るというシンプルなアイデア。正確さを確保するには双方の時計をきちんと合わせる必要があるが、これはそれほど簡単ではない」と語る。

 ■新たな一歩に

 スーパーカミオカンデ実験を率いる東大の鈴木洋一郎教授も「別の機関による検証実験で、結果の正しさを確かめることが大事だ」と慎重な姿勢だ。

 鈴木氏は、昭和62年に小柴昌俊氏がニュートリノを検出した実験で、超新星爆発で出た光とニュートリノがほぼ同時に観測されたことを指摘。「両者の速度に今回のような違いがあるとすると、ニュートリノは光よりも1年は早く地球に到達していなければおかしいことになる」と語る。

 実験に参加した名古屋大の小松雅宏准教授は「実験に間違いがないかと検証を繰り返したが、否定できない結果になった。公表することで他の研究者による検証や追試が進み、物理学の新たな一歩につながれば」と話している。



戦艦ヤマトのワープ実現可能…松本零士さん興奮  読売新聞9月24日(土)9時51分

ニュートリノが、光の速度より速く飛んでいるという今回の観測結果が正しいとすると、どうなるのか。

 タイムマシンや異次元空間、宇宙の運命が変わるなど、これまではサイエンスフィクション(SF)の中でしかなかったような奇妙なことが現実に起きている可能性があると、村山斉・東大数物連携宇宙研究機構長は説明する。

 アインシュタインの相対性理論では、ものが速く動くほど時間の進み方は遅くなり、光速では進み方はゼロになる。さらに光速を超えると、時間の進み方は逆になり、時間を遡ってしまう。このような現象はあり得ないとして、アインシュタインは「光速を超えるものはない」とした。しかし、それが破られたことになる。ニュートリノから見ると、到着したイタリアの時刻は、自分が飛び出したスイスの時刻より前になる。

 相対性理論と矛盾しないように「超光速」を説明する考えもある。「異次元」の存在だ。私たちの宇宙は、前後、左右、上下の3次元に時間を加えた4次元の世界だ。もし、5次元や6次元といった、別の次元があり、そこを近道して粒子が通れば、見かけ上、光よりも早く着いたように見えてもおかしくない。だが、「仮想の粒子ならともかく、ニュートリノという実際の粒子にあてはめるのは難しい」と、佐藤勝彦・自然科学研究機構長はこの考えに否定的だ。

 ニュートリノの質量を計算に便宜的に使われる「虚数」という想像上の数字にしてしまう方法もある。だが、ニュートリノの質量を虚数とすると、宇宙全体のエネルギーが変わり、宇宙がどのように生まれ将来どのようになっていくのか計算するのにも影響を与える。

 「アインシュタインの理論を捨てなければならないとはにわかには信じられない。様々な理論や実験を重ねながら検証していかなければならないだろう」と村山さんは指摘する。

 一方、人気アニメ「宇宙戦艦ヤマト」や「銀河鉄道999」の原作者、松本零士さんは「ヤマトで描いた、ワープ(超光速航法)が実現可能なんだと思った。思いをめぐらして描いたSF作品が、現実だったと証明されていくのは楽しい。さらに新しいアイデアを考えなければ」と今回の結果に興奮気味だった。

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ニュートリノという素粒子(物質を構成する最小の単位)は、レプトンというグループに属するらしい。
レプトンはクォークとともに物質の基本構成要素と考えられている。
(一般教養の物理学程度の知識では、素粒子といえば電子程度しか思い浮かばないが、電子はレプトンの一種である。素粒子は大きく2種類に分類され、物質を構成する粒子をフェルミ粒子、力を媒介する粒子をボース粒子と呼ぶ。物質を構成するフェルミ粒子は更に、クォークとレプトンに分類される。)
レプトンは、電荷を持つ荷電レプトンおよび中性のニュートリノと大きく分類することができる。

そのニュートリノが光速より速く飛んでいるという実験結果が発表されたわけだ。
本当ならば、夢のタキオン粒子(光速を超える粒子。現在は理論上、SF上の架空の粒子。)発見ということになる。

しかしタイムマシンで過去に行けるというのは早計のように思う。
仮にタイムマシン(この言葉が妥当かどうか分からないが、光の速度よりも速く情報を伝える装置)が出来たとしても、SFのように我々自身が過去にもどれるわけではない。
(我々の体を構成する物質が光速を超える物質ではないからだ。さらに相対性理論によれば、光速に近づくには慣性質量が大きくなる上に無限の時間がかかる。ニュートン力学によれば急加速すれば押しつぶされてしまう。)

ただ、
アインシュタインの相対性理論が万能とは言いきれない。
ニュートンの力学にあわない現象の発見とともに理論が生み出され、新たな物理学の体系が出来上がったように、
修正相対論なるものが生み出されるかもしれない。

そもそも、
特殊相対論における時間(光速に近づくにつれ時間の尺度が変わり進み方が遅くなる)は、光速度不変の原理「真空中の光の速さは、光源の運動状態に影響されない一定値cである。」のもとに生み出された概念で、
時間の遅れ(運動している状態によって時計の進み方が異なること)を示す一部の現象によってしか確認されていない。
(航空機に乗せた原子時計に生じるわずかな遅れが理論と一致する。但し、これは重力の影響であるとも言われている。)
さらに、
光速を超える物質はないというのが理論の前提である。
仮に光速を超える運動を認めたとしても、
時間が逆行(≠過去に逆戻り)することは、あくまで理論上(異なる座標系からみた場合)の仮設に過ぎない。
(時計の遅れはあるとしても、時間が過去に逆戻りするという解釈は間違っている。)
 追記 仮に時間の逆行という解釈を認めたとしても、時間は逆戻り(超光速で動いているロケットの中で時計の針が逆周りして、大人が子供になっていくような現象)するわけではない。
もっとも、相対論では亜光速・光速・超光速、の物理的様相はまったく異なり(超光速はもはや物体と呼べない状態)、3つの状態は連続していないので、中の時間を論ずる意味があまりないのである。

 ★超光速=時間を逆行?
 http://homepage3.nifty.com/iromono/diary/201109B.html


相対性理論(時間の遅れ)
観測者と相対速度v で動いている物体の時間T0 観測者から見える時間T v km/s (≦c 光速)
画像

相対性理論(時間の遅れ) - 高精度計算サイト
http://keisan.casio.jp/has10/SpecExec.cgi?path=05000000.%95%A8%97%9D%8C%F6%8E%AE%8FW%2F06000100.%93%C1%8E%EA%91%8A%91%CE%90%AB%97%9D%98_%2F10000200.%91%8A%91%CE%90%AB%97%9D%98_%81i%8E%9E%8A%D4%82%CC%92x%82%EA%81j%2Fdefault.xml

まあ、
タイムマシンも可能に?……としたほうが面白い記事になるのだから仕方ないが、
物理学者の意見を曲解している記事も多いようだ。
理論通りに今回の結果をあてはめれば、時間が逆行してしまうからあり得ない(理論通りであっても時間の逆戻りはしないが)という意味の話を、
過去への時間旅行も可能になるかもしれない……と記事にしたとすれば勘違いもはなはだしい。
本当にそう発言したのだとしても、
超光速という想定外の運動を、アインシュタインの相対性理論に無理やり当てはめた場合、という大前提がつくはずだからである。
 追記 今回の報道の問題点は、文系記者の、科学的な知識の欠如と論理に不慣れなことからの誤解(不理解)にある。日本人の場合はあまりないけれど、外国ではときどき科学者のウィットに富んだ話題提供があるという。(よく解釈すれば科学というベールにつつんだユーモアであり、悪く解釈すれば記者や読者をペテンにかけるということだ。)
 科学者自身が自分の理論(既存や独自の理論)を盲信している場合も注意が必要だ。理論は検証され修正されていくべきものであるが、理論の崇拝それはもはやカルト宗教に近い。

過去への時間旅行か、理論の修正かと問われれば、大多数の物理学者が理論の修正を選択するだろう。

ただ、100年以上も支持されてきた理論なのだから、
にわかには信じられないというのが本音だと思う。
当の研究者自身もそう思っているはずだ。

そして、
今回の実験結果が本当なら、世紀の大発見であることに違いはない。


今回の実験結果が正しいのか間違いなのかは、多くの追試であきらかになっていくだろうが、
物質の神秘を思い知らされ、夢が一歩かなったようなニュースである。


素粒子
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%B4%A0%E7%B2%92%E5%AD%90

ニュートリノ
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%8B%E3%83%A5%E3%83%BC%E3%83%88%E3%83%AA%E3%83%8E

特殊相対性理論
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%89%B9%E6%AE%8A%E7%9B%B8%E5%AF%BE%E6%80%A7%E7%90%86%E8%AB%96



相対論と素粒子論を調べていたら、下記の興味深いHPを発見した。
20世紀初頭の物理学会のエピソードは面白い。
わかっても相対論(V2.2)は一気に読んだ。


素粒子論とは何か
http://www1.odn.ne.jp/~cew99250/html/G_1.html
マックスウェルにより、「光」は電磁波という「波」である、と1864年に証明された。ところが、1905年になって、アインシュタインは、光電効果で「光」は粒子の性質を持つ、ということを言い出した。
このために、20世紀初頭の物理学会は大混乱になった。「光」は「波」なのか「粒子」なのか、いったいどっちだ、という大論争である。
しかし、どう調べても、「光」には、波動性と粒子性の両方があるのだ。混乱ぶりを示すエピソードとして、「月、水、金」は「粒子」、「火、木、土」は「波」と決めようという説まで登場したという。(ちなみに、日曜は、「神に教えを請う」という落ちまでついていた。)
結局、全ての物質は、「粒子」という側面と、「波」の性質を併せ持つ、ということが次第に認められて行った。(量子論の始まりである。)  (抜粋)


わかっても相対論(V2.2)
http://www1.odn.ne.jp/~cew99250/soutairon.html


(追記 相対論の時間の遅れ・数式等、本文一部加筆訂正しました。)


追記 
相対性理論と哲学のテーマ
http://www.infonia.ne.jp/~l-cosmos/relativity/index.html
「ミンコフスキー時空座標系の動き」(Java)
http://www.infonia.ne.jp/~l-cosmos/relativity/minko/MinkowskiApp.html




「ニュートリノは超光速」は誤りの可能性、ケーブルの接続不良か
http://www.afpbb.com/article/environment-science-it/science-technology/2860332/8526292
【2月23日 AFP】素粒子ニュートリノは光より高速で動くという、前年9月に発表された実験結果は、実験装置の接続不良による誤りだった可能性が出ている。ニュートリノに関する国際共同実験「OPERA(オペラ)」の研究グループに近い筋の情報として、米科学誌サイエンス(Science)の速報サイト「サイエンス・インサイダー(Science Insider)」が22日、伝えた。

 研究グループは9月、スイスの欧州合同原子核研究所(European Organisation for Nuclear Research、CERN)から730キロ離れたイタリアのグランサッソ国立研究所(Gran Sasso Laboratory)へニュートリノを発射し、速度を測定する実験を実施した。その結果、光速が2.3ミリ秒だったのに対し、ニュートリノはそれよりも60ナノ秒早く到着したと発表していた。

 しかし「サイエンス・インサイダー」によると、このときの「60ナノ秒」分の差は、ニュートリノの飛行を調整する衛星利用測位システム(GPS)受信機と、コンピューターの電子カードをつなぐ光ファイバーケーブルの接続に緩みがあったために生じたとみられる。ケーブルの緩みをなくし、再接続してニュートリノの速度を計算し直したところ、前回の計測結果とのずれはちょうど60ナノ秒だった。

 ニュートリノの速度が光速を超えたとの発表については、これが正しければ、立証から100年以上も不動とされてきたアインシュタイン(Albert Einstein)の相対性理論と矛盾するとして、科学界でも当初から疑問の声が上がっていた。(c)AFP

ニュートリノの光速超え、「時計誤作動の可能性」
国際研究チームが発表 2012/2/24 10:05 日本経済新聞
 「素粒子ニュートリノは光よりも速く飛ぶ」との観測結果が誤っていた可能性が見つかったことについて、名古屋大などが参加する国際研究チームは23日、光ファイバーケーブルに見つかった緩みのほかに、実験全体を制御する時計が正しく動作していなかった恐れがあると発表した。

 ただし、時計が正しければニュートリノの速度はもっと速い結果となる。一方ケーブルの問題が主要因であれば、速度は遅くなるという。研究チームによると、この時計は、全地球測位システム(GPS)の時計と同期させて使用していたはずだったが、うまく同期できていなかった恐れがある。

 発表は、光より速いものはないとするアインシュタインの相対性理論の前提を覆すことから、世界中の科学者から「検証実験が必要」との声が上がっていた。研究チームと同じイタリアの研究所で観測を続ける国際チームICARUS(イカルス)なども、同時期に別の検証実験を計画しているほか、米国でも追試実験が予定されている。

 小松雅宏名古屋大准教授は「検証実験を5月上旬から2、3週間かけて実施する」としている。

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ケーブルの接続不良や時計の同期に問題があったらしい。
そのような機器の接続といった問題に関する検証はもう少し早い段階でできなかったのだろうか。(できれば超光速の結果発表前に。)
しかし、
問題がケーブルなら遅くなり、時計が正しければ速くなる……というのは……???




「アインシュタインは正しかった」、ニュートリノ「超光速」は誤り CERN
2012年06月08日 19:30

【6月8日 AFP】ニュートリノに関する国際共同実験「OPERA(オペラ)」の科学者チームは8日、素粒子ニュートリノは光より高速とした前年の発表は誤りだったと認めた。京都で開催中のニュートリノ・宇宙物理国際会議(International Conference on Neutrino Physics and Astrophysics)で明らかにした

 OPERAは前年9月、スイスの欧州合同原子核研究所(European Organisation for Nuclear Research、CERN)で行った実験でニュートリノの速さは光よりも60ナノ秒速いことが判明したと発表していた。これが正しければ、「光は万物の中で最も高速」としたアインシュタイン(Albert Einstein)の相対性理論と矛盾するため、大きな波紋を呼んでいた。

 だが実験装置による誤差などを考慮し実験データを見直した結果、ニュートリノの速度は光を超えないことを確認したという。(c)AFP
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今回の実験は、あわや世紀の大発見と世間を騒がせたが、
残念ながら(相対性理論擁護の立場からいえば安堵の感)、夢に終わってしまった。
しかしながら、
こうした試行錯誤(trial and error)が、科学・技術を発展させていくわけで、
今後も様々な分野で、
研究や開発が進んでいくことを期待したい。

今回の研究者チームの皆さんの落胆も大きいだろうが、問題提起の意義は大きかった。
逆に発憤材料となることを願って、エールをおくりたい。

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内 容 ニックネーム/日時
NHKここに注目! 相対性理論揺らいだ「光より速いニュートリノ」再実験でも間違いない!
【 02月11日(土) 教育/デジタル教育1 00:00 〜0:30 】

2011年9月、現代物理学を揺るがす衝撃の実験結果が発表された。名古屋大学などが参加する国際研究チームOPERAが素粒子のニュートリノを730キロ飛ばして速度を測ったところ、光速より「1億分の6秒」だけ速かったというのだ。この結果はアインシュタインの相対性理論を揺るがすことになるため、世界中が騒然となった。ほとんどの専門家は計測ミスを疑ったが、11月に再実験を行ったOPERAは、誤差は最大でも1億分の1秒だとしている。今回の実験結果を他の研究者たちはどう見ているのか?超光速ニュートリノをめぐる最新の動きに迫る。

*サイエンスZERO

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本日深夜のサイエンスZERO(NHKEテレ1)に取りあげられるようです。
p_prince
2012/02/10 15:26
 東京大学の梶田隆章教授に、ニュートリノに質量があることを証明したとして、今年(2015年)のノーベル物理学賞の受賞が決まった。
 2002年の小柴昌俊さんのノーベル物理学賞受賞につづくニュートリノ観測に関する受賞である。
 ニュートリノ振動という現象の発見によって、ニュートリノに質量があることが分かったそうだ。
 ニュートリノという素粒子に世間の関心が再び集まった。ニュースのアナウンサーが読み上げる原稿、内容を全然理解していないんだろうなと思われる様子が面白かった。
p_prince
2015/10/07 11:22
▼【ノーベル賞解説】ニュートリノ振動について【7分半でわかる】
http://www.nicovideo.jp/watch/sm27339459

目にはみえないものの、私達の周りをつねに飛んでいるニュートリノ。その特徴やどうしたら“見る”ことができるのか、カミオカンデ、スーパーカミオカンデの役割など、梶田さんの文章を元に投稿者が動画を制作した。

元記事はこちら:http://www.narinari.com/Nd/20151034189.html
p_prince
2015/10/15 10:30

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光速を超えるニュートリノ p_prince ブログ/BIGLOBEウェブリブログ
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