Sneller dan het licht: dat moet wat kosten

Italiaanse onderzoekers in Gran Sasso bestrijden dat de neutrino’s die Cern afvuurt sneller gaan dan het licht.

Want ze meten geen energieverlies.

Ze deden het dus weer. De neutrino’s. Sneller reizen dan het licht. Dit keer in een op belangrijke punten verbeterde opzet van het Italiaanse OPERA-experiment. Wat de neutrino’s zo óók opnieuw deden was discussies losmaken.

Want: het kan niet waar zijn. Denkt nog steeds het merendeel van de fysici. En sommige fysici zijn er zelfs van overtuigd dat ze het ongelijk van OPERA al hebben aangetoond. Zoals de fysici van het zogeheten ICARUS-experiment. Deze week waren ze opnieuw in het nieuws, onder meer via de BBC.

Het ICARUS-meetapparaat staat net als OPERA onder de rotsen van Gran Sasso, de hoogste berg van de Apennijnen. En net als OPERA legt het neutrino’s vast die vanaf het Europees centrum voor deeltjesonderzoek Cern bij Genève, dwars door de aarde, naar dat Italiaanse gebergte worden gestuurd. Het verschil is dat het ICARUS-meetapparaat andere neutrino-eigenschappen meet. Zoals hun energie.

De metingen daaraan zouden uitwijzen dat de neutrino’s onderweg géén energie verloren hebben. En dat is, zeggen de ICARUS-fysici, in tegenspraak met neutrino’s die sneller reizen dan het licht. Ze schrijven het ook, in een paper dat al sinds half oktober te lezen is op de online webserver arXiv.

Hoe zit dat? Iets eerder al, in september, wezen Nobelprijswinaar Sheldon Glashow en zijn collega Andrew Cohen erop dat neutrino’s die in een medium (zoals de aardkorst) de lichtsnelheid overschrijden, eenzelfde soort gedrag vertonen als neutrale deeltjes die het licht inhalen in water of in een ander zogeheten diëlektrisch medium. Zulke neutrale deeltjes laten dan in het water lichtkegeltjes achter, in de verte vergelijkbaar met de geluidskegels van een vliegtuig dat door de geluidsbarrière schiet. Cerenkov-licht heet dat.

Maar ho, deeltjes die sneller dan het licht reizen? Dat kon toch juist niet? Nee, maar soms wel. Zelfs volgens Einsteins speciale relativiteitstheorie. Zolang de deeltjes maar bewegen door water of zo’n ander vergelijkbaar medium waarin lichtgolven vertragen door wisselwerkingen met moleculen. In water neemt de snelheid van lichtgolven zo af tot slechts driekwart van de lichtsnelheid in vacuüm. En in dat geval kunnen deeltjes het licht wel inhalen – met dan Cerenkov-licht als bijproduct.

Glashow en Cohen beredeneerden nu dat door de lichtbarrière brekende neutrino’s via een iets ander, maar wel vergelijkbaar mechanisme ook straling moeten produceren. En dat ze daarbij energie verliezen – want zulke straling ontstaat niet kosteloos en voor niks. Glashow en Cohen leidden daarna af hoe de relatie tussen de snelheid van de neutrino’s en zulk energieverlies eruitziet.

En voilà, daar was dan de tegenwerping van de ICARUS-fysici. Zij zagen geen energieverlies. Zij maten een neutrino-energiespectrum dat hoort bij neutrino’s die netjes met de lichtsnelheid voortbewegen. Wat weer aansluit bij de eerdere metingen aan neutrino’s uit supernova SN1987a, die zich ook gewoon aan de lichtsnelheidslimiet hielden.

Maar toch, afdoende is het niet, vinden de meeste fysici. Al is het maar omdat het ICARUS-paper nog niet, na het doorlopen van een peer reviewprocedure, is geaccepteerd door een vakblad. En trouwens, ook het OPERA-paper is pas net officieel aan een vakblad aangeboden. Alleen het paper van Cohen en Glashow is netjes gepubliceerd – in Physical Review Letters.

De verwarring is kortom groot, en er staat ook veel op het spel – namelijk de moderne natuurkunde die (onder meer) stoelt op de aanname dat niets sneller gaat dan het licht. Er moet een tweede onafhankelijk experiment komen, is daarom het heersende idee.

Met minder willen de meeste fysici het niet doen.