TBBT.S05E08：不靠谱的“中微子超光速”

　　本集中，谢耳朵终于受不了几位女士晚餐时的没营养话题，于是拿出了他精心准备的清单，上面列有专家新手都感兴趣的话题目录。那么，在谢耳朵看来，这些“内外通吃”的有趣话题，排行第一的是什么呢？

　　《生活大爆炸》第 5 季第 8 集的开头，谢耳朵终于忍受不了几位女士总在晚餐时聊些没有营养的话题（说实话，我也快要受不了啦！！），于是他精心准备了一份话题清单。据谢耳朵说，不论是专家还是新手，对这些话题都该感兴趣才对。排名第一的是——“Faster-than-light particles at CERN”（CERN 的超光速粒子）。

　　这个话题确实到位！实际上，自 2011 年 9 月 23 日所谓的“中微子超光速”被公布以来，我就一直等着看《生活大爆炸》什么时候会提到它呢！确切地说，公布这一结果的 OPERA 实验小组并不隶属于欧洲核子研究中心（CERN），他们的实验装置位于意大利格朗索萨（Gran Sasso）国家实验室地下 1400 米处的山洞里，距离 CERN 足有 730 多千米。不过，谢耳朵把它总结为“CERN 的超光速粒子”也没错，因为实验里涉及到的 μ 中微子确实是从 CERN 发出的。

意大利格朗索萨（罗马以南 120 公里）国家实验室地下 1400 米处 OPERA 实验室入口 / aspera-eu.org

　　CERN 的超光速粒子？

　　中微子是一类非常孤僻的粒子，几乎不与其他物质发生相互作用，哪怕穿透整个地球也极有可能“撞”不上任何东西。在飞行途中，它还会在不同味的中微子之间变来变去，这种特性叫做“中微子振荡”—— OPERA 实验原本就是为了观察这一现象而设计的。运行 3 年来， OPERA 在“本职工作”上尚未得出什么结论，却在其他方面抛出了一枚原子弹。他们发现， μ 中微子从 CERN 跑到 OPERA 所用的时间，竟然比以光速跑完同样距离还少用了 60 纳秒！

OPERA 实验小组研究“中微子振荡”的实验设施 / aspera-eu.org

　　在现代物理学的理论框架中，光速是一个独一无二的角色。以真空中光速不变为基础，爱因斯坦建立起了狭义相对论，推出了光速不可超越这一结论。 100 多年来，相对论经受住了物理学家有意设计的无数次越来越苛刻的考验。如今，它已经和量子理论一起，成为了撑起现代物理学天空的两根擎天巨柱。

　　然而，如果 OPERA 实验没有问题，中微子就超光速了！这将意味着，树立超过百年的相对论这根擎天巨柱，在根基上突然出现了一道裂缝！就算这道裂缝不至于让整根擎天巨柱轰然倒塌，令现代物理学的天空崩塌掉一半，对它的修修补补也势必会改写相对论——总之一句话，相对论这下可就是麻烦大了。所以谢耳朵才会说，超光速粒子可能是“ paradigm-shifting discovery”（改变某一领域大多数人共识的发现）。

　　OPERA 实验：撼动根本 or 满是漏洞？

　　但是，这一切都是有前提的，那就是“ OPERA 实验没有问题”。这项实验真的没有问题吗？实验原理看起来非常简单——只要精确测出 μ 中微子飞行的距离，再精确测出它出发和抵达的准确时刻，接下来就是简单的加减乘除了。

OPERA“中微子超光速”实验示意图。从瑞士日内瓦 CERN 出发的中微子束经过 723 Km 到达意大利格朗索萨的 OPERA 实验室 / uni-muenster.de

       然而，不论是精确测量距离，还是精确测量时间，都有大量可能引起误差的因素需要考虑。更重要的是，由于中微子性情孤僻，在 CERN 出发的无数中微子中，根本不可能预先知道哪个中微子会被 OPERA 抓住，就更不可能知道它到底是什么时刻在什么地方产生的了。OPERA 使用了一种看起来很复杂的统计方法来处理这种状况，似乎也存在不少可能出错的疑点。

　　所以，正如谢耳朵后一句话 “another Swiss export as full of holes as their cheese” 所说，这个结果很有可能 “像瑞士奶酪那样，浑身都是（漏）洞”。事实上，就连 OPERA 实验小组的发言人、瑞士伯尔尼大学的物理学家安东尼奥 · 埃雷蒂达托（Antonio Ereditato）都没敢把话说得太满。他只是谨慎地表示，实验小组穷尽了心思也找不出这个结果到底错在哪里，只能公布出来请大家帮忙来一起挑错了。

　　超光速：精彩如果继续……

　　很可惜，如此精彩的一个话题，居然没有引起在座几位女士的兴趣，以至于在她们集体退场之后，谢耳朵忿忿不平地把话题改成了“女人”。如果这个话题继续下去，他们都会说些什么呢？

　　实验物理学家 Leonard（我记得有一集他摆弄过激光来着……）或许会以挑剔的眼光盘点 OPERA 实验中可能存在的漏洞，也可能会跟工程师 Howard 一起商量，弄出个新的方案来重复这一实验（美国费米实验室的 MINOS 实验小组已经打算这么干了）。理论物理学家谢耳朵和 Raj 则会提出各种稀奇古怪的理论，来解释中微子为什么能够超光速……至于中微子到底有没有超光速——管他呢，反正 Leonard 们和 Howard 们总有一天会弄清楚的。

　　另外一种可能性（感谢 Ent 汉化~）：

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