Perjantaina uutisoitiin laajalti lehdistötiedotteesta, jonka mukaan OPERA-koe on havainnut
neutriinojen kulkevan valoa nopeammin. Monet toimittajat kutsuivat OPERAa CERNin kokeeksi, varmaan osittain siksi että lehdistötilaisuus pidettiin CERNin tiloissa ja lehdistötiedote tuli CERNiltä. CERN on kuitenkin vain yksi kokeeseen osallistuvista instituuteista, ja käsittääkseni italialaisen LNGS:n rooli on merkittävämpi, mutta "CERNin tutkijat" kuulostaa toki hohdokkaammalta kuin "LNGS:n tutkijat".

Tehdyn kokeen perusteella ei voi päätellä paljoa ennen kuin havainto saa tukea tai kumotaan tarkemman syynin jälkeen. Olin etukäteen kuullut huhuja niin tuloksen julkistamisesta kuin siihen liittyvistä epäluuloistakin. Ajattelin etten mainitsisi tästä sen enempää kuin muistakaan mahdollisista löydöistä, jotka varmentuessaan mullistaisivat käsityksemme ja siksi luultavasti osoittautuvat virheellisiksi. En kuitenkaan osannut odottaa, että mielenkiinto leviäisi niin laajalle, Guardianista ja BBC:stä Metroon, Iltalehteen ja Ilta-Sanomiin asti. Kuten Petri Riikonen naapuriblogissa totesi, yleisön huomio on jo kääntynyt aiheeseen, joten ehkäpä on hyvä sanoa jotain.

Kokeessa ammutaan CERNistä kimppu neutriinoja maan läpi Italiaan, ja osa niistä havaitaan 730 kilometrin päässä Gran Sasson maanalaisessa luolassa olevassa laboratoriossa. Lähtö- ja alkupaikkojen välinen etäisyys tiedetään, joten mittaamalla matkaan kulunut aika saadaan selville, kuinka nopeasti neutriinot kulkivat. Mittauksen mukaan neutriinojen nopeus on noin kaksi sadastuhannesosaa valon nopeutta isompi.

Tunnetun fysiikan mukaan neutriinoilla on massa, joten niiden odottaisi matkaavan hieman valoa hitaammin. Massa on kuitenkin niin pieni, että OPERA-kokeessa ei pitäisi näkyä mitään eroa, vaan nopeuden pitäisi olla mittaustarkkuuden puitteissa sama kuin valon nopeus. Se, että neutriinot olisivatkin liikkeissään fotoneita sutjakampia olisi perin omituista.

Mieleen voi tulla sellaisia ajatuksia kuin että jos tulos pitää paikkansa, niin eikö valoa nopeammilla viesteillä voi lähettää tietoa ajassa taaksepäin, matkustaa tappamaan esi-isänsä ja tehdä muita omituisia juttuja? On kuitenkin syytä erottaa kaksi asiaa: valon nopeus ja korkein mahdollinen informaationopeus. Se, että tietoa ei voi singota ympäriinsä rajattoman nopeasti on suhteellisuusteorian keskeinen piirre. Sähkömagnetismin laeista sitten seuraa, että valo kulkee tällä korkeimmalla nopeudella. Mutta jos nämä lait olisivat toisenlaiset, valo voisikin matkata tätä suurinta nopeutta hitaammin. Tällöin joku hiukkanen --sanotaan vaikka neutriino-- voisi lentää valoa nopeammin mutta silti suhteellisuusteorian nopeusrajoitusta noudattaen. Havainto neutriinoiden ja valon suhteellisesta nopeudesta ei siis välttämättä kerro mitään suhteellisuusteoriasta. Gravitaatioaallot matkaavat suhteellisuusteoriassa korkeimmalla mahdolliselle nopeudella. Niitä ei kuitenkaan ole koskaan suoraan mitattu, joten päätelmät tästä korkeimman nopeuden arvosta perustuvat valon mittauksiin. Gravitaatioaaltojen kulkunopeus ei voi olla kovin erilainen kuin valon, koska se vaikuttaisi epäsuorasti moniin asioihin, mutta OPERAn mittaama ero ei ole kummoisen kokoinen.

Voisiko havainto siis selittyä sillä, että neutriinot käyttäytyvät siten kuten odottaisikin, mutta valo sen sijaan kiukuttelee? Tällainen ilmeinen tulkinta on kuitenkin ristiriidassa muiden havaintojen kanssa. Vuonna 1987 mitattiin lähigalaksissamme räjähtäneestä supernovasta (jolla on kaunis nimi SN1987A) sekä valonvälähdys että neutriinosignaali. Hiukkaset olivat matkanneet 168 000 vuotta, joten OPERAn väittämällä nopeuserolla neutriinojen olisi pitänyt saapua neljä vuotta ennen kuin välähdys näkyi taivaalla. Näin ei kuitenkaan käynyt, vaan tulokset olivat sopusoinnussa odotusten kanssa kahden miljardisosan tarkkuudella. OPERAn neutriinojen energia on kyllä erilainen, joten on mahdollista kehitellä kaikenlaisia selityksiä jotka saattaisivat kokeet sopusointuun.

Tässä vaiheessa teoreetikkojen ei kuitenkaan vielä kannata suunnata kyniensä kärkiä neutriinojen ja fotoneiden kulkureiteille. Koska tulos on, ainakin yksinkertaisimman tulkinnan mukaan, ristiriidassa niin teoreettisten rakennelmien kuin aiempien koetulosten kanssa (teoreetikkona pidän jälkimmäistä vakavampana asiana), joku virhe kokeen tulkinnassa on luultavin selitys.

On myös hieman huolestuttavaa, että OPERAn nettiarkistoon laittaman julkaisun tekijälistasta on jättänyt moni kokeen jäsen nimensä pois. Toisen, kolmannen ja ties kuinka monen käden kautta on myös kaikunut huhuja ryhmän sisäisistä erimielisyyksistä tuloksen analysoinnissa ja julkistamisessa. Näin tärkeän tuloksen yhteydessä analyysin tulisi olla kiistaton, ennen kuin mitään voisi julistaa löydetyksi. On toki mahdollista, että tulos varmistuu, mutta tässä vaiheessa ei ole aihetta pohdintaan muilla kuin kokeellisen fysiikan asiantuntijoilla. Heidän tarkastelunsa lopulta kertoo, onko tehty löytö vai jätetty huomiotta systemaattinen virhe.

Fysiikan ulkopuolisten on siis tyystin ennanaikaista innostua tarinoimaan lehtien etusivuilla. OPERAn lehdistötiedote ei sisällä virheellisiä väitteitä ja siinä sanotaan selvästi, että tuloksia ei ole varmennettu. Mutta lehdistötilaisuuden pitäminen tässä vaiheessa on jo sinällään vastuutonta: mitä muuta voi toimittaja siitä päätellä kuin että on löydetty jotain kertomisen arvoista?

Kun suureen ääneen mainostetut löydöt myöhemmin katoavat jälkiä jättämättä, yleisölle jää sellainen vaikutelma, että tieteessä on kyse vain ihmeiden markkinoista, jotka ovat tyhjää täynnä. Tarinat valoa nopeammista signaaleista, aikakoneista ja rinnakkaisista maailmankaikkeuksista ovat karkkia, jonka jälkeen terve tarjonta ei kenties maistu enää. Fysiikan todelliset löydöt ovat suurenmoisia, eikä niitä ole tarvetta kuorruttaa makealla. Taivaalla näkemämme rakenne on luultavasti peräisin maailmankaikkeuden ensimmäisen sekunnin miljardisosan miljardisosan miljardisosan miljardisosan satunnaisista värähtelyistä; avaruus on täynnä näkymätöntä ainetta, joka kulkee lävitsemme joka hetki; tiedämme tarkkaan, että maailmankaikkeuden ensimmäisten minuuttien aikana luonnonlait olivat samat kuin nykyisin, muutamia esimerkkejä mainitakseni.

Fysiikassa on kaunista totuus, joka ilmenee siinä, miten asiat kietoutuvat toisiinsa, miten pienet seikat johtavat vääjäämättömästi suuriin seurauksiin matematiikan tinkimättömässä ohjauksessa. Irralliset uutiset poikkeamista jotka pian vajoavat unhoon ennemmin hämärtävät kuin kirkastavat sitä tapaa, jolla uudet löydöt kytkeyvät aiempaan ja syventävät nykyistä tuntemusta.

OPERAn mittausten saamassa julkisuudessa on kyllä jotain ilahduttavaakin. Valokeila antaa kelpo tilaisuuden kertoa, miten tiede toimii, esitellä suhteellisuusteorian ja muiden todeksi tunnettujen asioiden pätevyysalueita ja esitellä tunnetun maailman reunalla lymyäviä ihmeitä. Lisäksi tämä huomio osoittaa, että luonnontieteestä ollaan suuresti kiinnostuneita sen takia, mitä se kertoo maailmasta, eikä sen arvoa tarvitse perustella vain hyödystä väitellen. Kun yleinen suhteellisuusteoria katsottiin (kenties heppoisin perustein) todistetuksi vuonna 1919, The Times otsikoi etusivullaan "Vallankumous tieteessä - uusi maailmankaikkeuden teoria - newtonilaiset ajatukset kumottu". Olen joskus kuvitellut, että nykypäivänä ei enää moista voisi tapahtua, mutta olen nähtävästi aliarvioinut ihmisten mielenkiinnon vallankumouksia kohtaan.

Päivitys 1 (27/09/11): OPERAn kokeesta kertoo tarkemmin Higgsin metsästäjä. Kiinnostuneiden kannattaa myös katsoa yleensä luotettavan Tomaso Dorigon analyysi ja usein hauskan Jesterin näkemys.

Päivitys 2 (28/09/11): Tämä Jon Butterworthin mainio kirjoitus The Guardianissa valaisee asiaa myös. (Lopussa on lyhyt viesti OPERA-kokeen seniorilta jäseneltä, joka ei laittanut nimeään paperiin, kuten ei neljä muutakaan senioria jäsentä.)

Kommentit (1)

Siipien levittämistä - blogit ...

[...] arvostellut spekulaatioiden holtitonta uutisoimista. Erityisesti OPERAn neutriinokokeen kohdalla pidin vastuuttomana sitä, että asiasta pidettiin lehdistötilaisuus. (Havainto [...]

Seuraa 

Maailmankaikkeutta etsimässä

Blogin päivittäminen on päättynyt.

Syksy Räsänen on teoreettinen fyysikko Helsingin yliopistossa. Syksy kirjoittaa kosmologiasta, hiukkasfysiikasta ja niiden tekemisestä, tai ainakin asioista sinne päin.

Teemat

Blogiarkisto