물리학을 끊으겠다고 위협 한 데이터

중성미자가 CNG (CERN Neutrinos에서 Gran Sasso까지)에서 오페라 탐지기까지 여행 할 때 중성미자의 속도를 측정하는 것은 제안에 언급되지 않았습니다. 그러나 2011 년 2 월, 오페라는 정확히 그 초점을 정확히 바꿨습니다.

나는 어떤 과학자라고 생각합니다. [나는] 첫날부터 매우 회의적이라고 생각합니다.”라고 Ereditato는 말합니다. "수신기에서 수신기에서 탐지기까지 타이밍, 수신기, GPS, 송신기 등 확인 목록을 작성합니다. 모든 것을 확인합니다." 일부 옵션은 즉시 확인되었고 다른 옵션은 기다려야했습니다. 예를 들어, CERN BEAM은 중지 될 수 없었습니다. 그 동안 Ereditato는 그의 팀을 열심히 몰아 냈습니다. "내가이 사업을 어떻게 동료들과 어떻게 처리하고 있는지 상상할 수 없었습니다. 이것을 확인하고, 확인하고, 이렇게하고, 그렇게하고, 이렇게하자, 체인을 잘라, 다시하십시오 - 우리는 봄부터 9 월 23 일 까지이 일을했습니다!"

이 팀은 그들이 생각할 수있는 소프트웨어, 하드웨어 및 이론의 모든 순열을 시도하고 테스트했으며, 모든 단계를 통해 그들이 고쳐진 모든 버그, 그들이 얻은 모든 이해를 증분 시켰으며, 가벼운 중성미자보다 더 빨리 증거는 실험을 넘어 산처럼 견고했습니다. 그런 다음 피할 수없는 일이 일어났습니다. 데이터에 대한 소식이 유출되었습니다. 실험 외부 사람들은 상대성의 위반에 대한 험담을 시작했으며, 그 결과 Max Planck가 양자 물리학을 발견 한 1900 년 이래로 물리학의 기초를 덜어 줄 것입니다. Ereditato는“빛의 속도로 퍼짐”소문이 나에게 말한다.

“그리고 당신은 무엇을합니까? 대변인의 입장을 취하는 자신에 대해 생각하십시오. 당신은 다음과 같이 말합니까 :아니요, 코멘트가 없습니까? 그러면 모든 사람이 당신을 비난 할 것입니다.‘오, 당신은 그것을 숨기십시오. 우리는 무슨 일이 일어나고 있는지 알고 싶습니다. 우리는 당신을 지원하는 납세자이며, 우리는 알 권리가 있습니다!”또는 당신은 주장을합니다.” 불길한 목소리로 그는 다음과 같이 덧붙입니다.“저는 초강대국 중성미자를 발견했습니다.”

이 경우 Ereditato에 달려 있지 않았습니다. Opera와 같은 대규모 실험 협력은 논쟁을 다루는 조례를 가지고 있으며, 대부분의 협력에 의해 결과를 공개적으로 발표하기로 투표했습니다. 몇 명의 개인만이 발표에 반대 투표했습니다. “나는 매우 존경합니다. 그리고 그들은 결국 kudos였습니다.”

오페라는 2011 년 9 월 23 일 Cern의 특별 세미나에서 결과를 발표했습니다. 이 팀은 상대성의 위반을 관찰했다고 말하지 않았으며,“증거”또는“발견”과 같은 문구를 사용하는 대신 데이터를“이상”이라고 불렀습니다. 그러나 그 중추적 인 경고는 인간의 상호 작용의 감각에서 사라졌습니다. 조건부가 New York Times 로 만들었습니다. 헤드 라인,“작은 중성미자는 우주 속도 제한을 깨뜨릴 수 있습니다.” (“CERN 과학자들은 '빛의 속도를 깨기') 또는 The Guardian (“가벼운 입자보다 빠르고, 과학자를 주장”) 또는 과학계 미국인 (“빛의 속도보다 더 빨리 이동하는 입자”)

반면에 물리 공동체는 회의적으로, 심지어 냉소적으로 발표를 받았다. Wolfgang Pauli가 1930 년에 에너지 보존을 포기하려고하는 것보다 더 이상 특수 상대성을 포기하려는 전문 물리학자는 어떤 것도 기꺼이 포기하지 않았다. 1983 년 CERN에서 UA1 및 UA2 실험에 의한 표준 모델의 핵심 신조가 확인 된 이후, 입자 물리학의 모든 발견 (중성미자 진동 제외)은 성가신 표준 모델에 또 다른 확인 표시를 추가했습니다. 입자 물리학 자들은 어떻게 평생 동안 무언가, 무엇이든 현장을 열 수 있기를 희망하는 유혹에 저항 할 수 있습니까?

에레디토조차도 희망을 감히했습니다. “당신은 과학 회의, 세미나에서 나와서``여러분, 저는 이해하지 못하는 것이 있습니다. 우리를 이해하는 데 도움을주십시오.””그는 잠시 잠시 멈추고 나보다 자신에게 더 많은 고개를 끄덕입니다. “저는 겸손 해지는 것이 좋은 선택이라고 생각합니다. 둘째, 모두가 우리가 옳다는 꿈을 꾸고 있다는 것입니다. 모두.”

한 방향으로는 서사적이고 획기적인 물리학, 그리고 다른 쪽에서는 잠재적 인 당혹감이 있습니다. 오페라가 기다렸 을까요? 결과를 분석하고 재분석하는 데 몇 달이 더 걸렸을 수 있었습니까? Ereditato는 카메라를 통해 앞으로 나아가서 나를 가리키며 과학자가 왜 터무니없는 것처럼 보이기 때문에 측정을 무시할 수 없는지 설명합니다. “당신은 이것을 죽이지 않습니다… 자연은 이론을 통해서가 아니라 실험 결과를 통해 우리와 이야기하고 있습니다. 최악의 데이터는 최고의 이론보다 낫습니다. 합리적인 결과를 찾으면 결코 발견을하지 않거나 적어도 예상치 못한 발견을하지 않을 것입니다. 당신은 단지 - 이것은 예상되는 발견 인 용어의 모순입니다.”

한 가지 확실한 점은 발표가 오페라에게 그들이 기대했던 도움을 얻었습니다. 며칠 후 CNGS 빔의 연산자와 함께 측정에 대한 새로운 접근 방식을 개발하기 시작했습니다. 원래 분석은 통계 기술을 사용하여 빔이 공간에 퍼져 있었기 때문에 중성미자의 도착 시간을 결정해야했습니다. 새로운 접근법은 단단한 무리로 중성미자를 생성하여 탐지기에 함께 도착하여 도착 시간을 훨씬 쉽게 결정하는 것이 었습니다.

중성미자 빔을 재구성하고 실험을 수행하고 결과를 분석하는 데 2 ​​개월이 걸렸습니다.

조명보다 빠른 측정은 여전히 ​​존재했습니다. Ereditato는“그런 다음 두려움을 느끼기 시작했습니다. “저는‘오 세상에.’라고 말했습니다. 그리고 나뿐만 아니라,이 결과 앞에서 매우 비판적인 많은 사람들은 더 이상 논쟁이 없었습니다. "

입자 물리학 실험은 복잡한 건물 크기의 탐지기 및 입자 가속기로 구성됩니다. 설계 및 구성은 첫 번째 데이터가 수집되기 몇 년 전에 시작됩니다. 탐지기와 콜라더가 모두 가동되고 실행될 때, 실험 학자들은 데이터를 살펴보고 배경과 분리 된 신호, 공통 및 평범한 소음과는 별개의 신호와 분리 된 신호를 개발했습니다. 그들은“숨겨진 신호 상자”가 필요한 생물 의학 연구의 이중 맹검 테스트와 같이 맹인 분석 버전을 사용합니다. 실제 데이터에서 기술을 테스트하는 대신 검출기 하드웨어의 알려진 프로세스에 대한 응답을 복제하여 생성 된 시뮬레이션 데이터에 대해 테스트합니다. 이런 식으로, 그들이“상자를 열면”그들의 의식에 대한 의식적이거나 무의식적 인 욕구에 의해 그들의 측정을 편향해서는 안됩니다.

그러나 오페라의 빛보다 더 빠른 중성미자 데이터가 지속되었습니다. 다음 단계는 오페라 자체 외부에서 독립적 인 확인을 찾는 것입니다. 이는 일반적인 관행입니다. 예를 들어, iggs는 아틀라스 및 CMS 실험에 의해 관찰되었다. 그러나 적어도 몇 년 동안 오페라를 확인하거나 거부 할 수있는 다른 실험은 없었습니다. 그러나 그란 사소 (Gran Sasso)의 기저부에는 대규모 부피 검출기 (LVD)라고 불리는 또 다른 실험이 있었는데, 이는 최소한 오페라의 타이밍 시스템을 확인할 수있었습니다. 아이디어는 각각의 검출기에서 우주 광선 뮤온의 도착 시간을 비교하여 각 실험의 시계가 동기화되도록하는 것이 었습니다.

Ereditato는“이것은 실제로 살인 실험이었습니다. 5 년간의 오페라 데이터를 되돌아 보면 팀은 오페라의 타이밍이 약 73 나노초에 꺼진 기간을 발견했습니다. 그런 다음 번치 된 빔 실험에 영향을 미치는 타이밍 회로에서 또 다른 실수가 발견되었습니다. 오페라 시계의 빈도는 묶음의 타이밍에 잠겨 있지 않았습니다. 두 문제의 조합은 CNGS Muon Neutrinos의 60 나노초 조기 도착 시간에 대해 완전히 설명했습니다.

타이밍 문제의 공급원은 8.3km 떨어진 Gran Sasso 표면에서 GPS 타이밍 신호를 오페라 탐지기까지 전달하는 광섬유 케이블로 추적되었습니다. 케이블은 두 가지 교활한 과제를 제시했습니다. 첫째, 연결이 잘되지 않으면 수신기가 전혀 응답하지 않을 것으로 예상 할 것입니다. 수신기가 빛을 보면, 중성미자가 탐지기로 경주하는 시작 권총을 발사해야합니다. 수신기에 빛이 보이지 않으면 시작 권총을 발사해서는 안됩니다. 명백한 버그입니다. 그러나 이것들 중 어느 것도 일어나지 않았습니다. 대신,이 특정 수신기 73 나노초가 필요했습니다. 시작 권총을 발사하고 전자 제품을 트리거하는 광 에너지; 사실상, 중성미자가 CERN에서 출발 선을 떠난 후 시작 권총은 73 나노초에 발사되었다. “나는 당신이 신호를 받거나 그렇지 않을 것으로 기대했을 것입니다. 그러나 지연된 신호는 얻지 못합니다.”라고 Ereditato는 말합니다. 둘째, 케이블 커넥터가 움직인 것 같습니다. Ereditato는“케이블은 데이터 가져 가기 1 주일 전에 좋은 상황에 처했으며 모든 것을 다시 확인했을 때 좋은 위치에있었습니다. "불쾌한 점은 중성미자 속도에 대한 데이터를 가져간 중간에서 케이블이 이상한 상황에 있다는 것입니다."

실수가 발견되고 고정되면서 오페라의 중성미자 속도 측정은 이제 세계에서 가장 정확합니다. 그리고 그것은 아인슈타인의 특별한 상대성 이론과 완벽하게 일치합니다. 유서 깊은 표준 모델로 예측되지 않은 새로운 물리학에 대한 희망은 죽었습니다. 그러나 수천 개의 전기 채널의 실험 장비 중 하나의 느슨한 케이블을 찾는 데있어 오페라 팀의 성능은 놀랍습니다. Ereditato는“자랑 스러워요.”라고 말합니다. “솔직히 말해야합니다. 저는 항상 해결책이 매우 이상한 효과에서 비롯 될 것이라고 생각했습니다. 아무도 생각하지 않은 어딘가에 2 차 효과. 나는 그런 것 (케이블)을 결코 생각하지 않았다.” 협업이 데이터를 과장하거나 불법 인 주장을하지도 않았다. 사실, 그들은 전혀 주장하지 않았으며 조사에서 다른 팀과 긴밀히 협력했습니다.

그럼에도 불구하고, 누군가가 어딘가에 실수를했다는 것이 분명해 보였다. 어쩌면 케이블을 부착하거나 수신기를 설계 한 사람이거나 다른 사람 일 수도 있습니다. 2012 년 3 월, 먼지가 해결되면서 오페라 협력은 또 다른 투표를 열었습니다. 각 회원 기관은 하나의 투표권을 얻었습니다. 탈리는 16 ~ 13 세로 끝났다. 몇 가지 금욕에 대한 신뢰가 없어서, 리더십을 탄핵하는 데 필요한 3 분의 2에 불과하지만 강력한 메시지를 보내기에 충분했다. 오페라 리더 인 Ereditato와 실험 코디네이터 인 Dario Autiero는 사임했습니다.

Ereditato의 사임 서한은 자신의 팀의 이익을 위해 사임했다.“…“엄청난 미디어 관심의 결과로, 오페라 협력은 변칙적이며 어떤면에서 불규칙한 압력을 가졌다. 외 그것을 피하려면 개인의 위치는 뒷좌석을 가져 가야합니다.”

그러나 Ereditato는 잘못한 일을 했습니까? 사람들은 실수를합니다. 나는 13 년 동안 SLAC, Fermilab, Cornell, CERN 및 Long Dead Superconducting Super Collider에서 실험을 시작했습니다. 어쩌면 나는 집을 세우고 케이블을 연결하고 연결하는 사람들보다 더 용서할 수 있습니다. 커넥터는 여러 가지 이유로 실패하고 수천 개의 채널이 있으므로 Bum 커넥터를 다룰 필요가없는 입자 물리 실험이 없다고 말하는 것이 안전 할 것입니다. 일반적으로 찾기가 쉽지만이 시간은 아닙니다. 일부는 오페라가 여전히 더 많은 테스트를 수행해야한다고 말했지만, 신뢰없는 투표가 끝날 무렵, 일년 내내 통과되었습니다. 그들은 몇 달을 더 지출해야합니까? 특별한 상대성에 대한 충성이 문제를 발견 할 때까지 기다리도록 강요해야합니까? 아니요, 그들은 과학자들이 과학적 신조를지지해야한다는 터무니없는 개념에 놀고있을 것입니다.

어쩌면 오페라 협력이 전시 한 좌절은 과학자, 특히 실험가들이 새로운 것을 찾고, 예측되지 않은 것을 찾고, 미끄러질 때 얼마나 화가 났는지에 대해 증언 할 것입니다.

나는 Ereditato에게 전체 경험을 반영하도록 요청합니다. “사회는 흑백을 좋아합니다.”라고 그는 대답합니다. 그러나 과학에 대한 답이 항상 그렇게 깨끗하게 해결되는 것은 아닙니다. "우리는 과학이 예 또는 아니오라고 말하지 않는다는 인상을 주면 항상 사람들은``글쎄, 나는 과학을 믿어서는 안됩니다.’이 메시지를주는 방법은 매우 섬세합니다." 대부분의 과학 기자는 과학자가 아닙니다. "그들은 살인이나 납치와 같은 방식으로 과학 정보를 취급하는 척합니다." 자신의 역할에 관해서는? "나는 우리 가이 분야의 모든 배우라는 것을 배웠습니다."

오늘날 Ereditato는 Bern University 's Laboratory for High Energy Physics의 이사이며 다양한 중성미자 실험에 계속 참여하고 있습니다. 한편 오페라 실험은 다른 리더를 가지고 있으며 중성미자 진동을 계속 사냥하고 타우 중성미자를 수집합니다. 그들은 지금까지 4 개를 가지고 있습니다.