http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2011-10-17
专家称需审慎对待“中微子超光速”
本报记者 张梦然
物质超过光速意味着什么？鉴于现有物理定律的约束，一旦物质超过光速的现象得到证实，那么，狭义相对论乃至现代物理学体系都将面临修正及扩充，亦由此改变人类对宇宙的认知。这就是何以一条“中微子超光速”的消息，会迅速引起科学界和社会公众广泛关注的原因。
为探讨这一重大科学事件的影响和后续发展，10月14日上午，科技日报邀请国内权威物理学家举行了一场以“中微子超光速”为主题的座谈研讨会(研讨会专家发言摘要见今日二版)。来自中科院、北京大学、清华大学等单位的6名专家莅临现场，就主题进行解疑释惑，并与报社编辑记者展开互动。
需审慎对待“中微子超光速”
发布“中微子超光速”消息的机构是欧洲核子物理研究中心(CERN)与大型中微子震荡实验(OPERA)项目组。实验发现，位于日内瓦边境的CERN发射出的中微子束，“翻山越岭”来到730公里外的意大利，而它们的行进速度竟比光快了60纳秒。
消息公布后，国内外物理学界对该结果颇多争议——这两大实验机构自有其权威严谨的口碑，但他们的实验过程与手法亦存在普遍受质疑之处。
对于普遍最“纠结”的超光速的可能性问题，清华大学高能物理研究中心和工程物理系教授何红建在发言中指出：“如果超光速是真的，标准模型的另一个基本对称性——时空对称性(洛伦兹对称性)就会被破坏。那么洛伦兹对称性破坏预期的能量尺度究竟在哪里？标准模型自身也无法提供这样一个尺度。”这样一来，洛伦兹破坏效应就只能受到普朗克尺度的压低。而对于OPERA实验来说，压低因子就小到10-18量级，远远小于OPERA实验声称的10-5量级的超光速效应。“虽然我们不敢说10-5量级的洛伦兹破坏效应绝对不会发生，但可以肯定，其发生的可能性非常小。因此，如果OPERA结果没有得到其他实验的独立验证，理论家们绝对不会感到任何意外。”
中科院高能物理所研究员张新民的观点则是，中微子超光速的结果让物理学界许多人都持怀疑的态度。但需注意的是，OPERA实验组的人员也是优秀的中微子专家，对于流传的各种漏洞、误差，很可能已都在他们的计算范围之内。除非这其中有些现阶段还有未被人知的误差情况存在。“因而到目前为止，还只能说实验结果遭受质疑，却不能定论说完全错了，这需要进一步的实验来检验。”
[科技日报]
李淼：核查测量中的系统错误至关重要
李淼 中科院理论物理研究所研究员，“国家杰出青年基金”获得者，博士生导师。
从今年9月22日开始，就有一则消息开始在物理学界广泛流传：中微子在从欧洲核子研究中心(CERN)前往意大利格兰萨索地下实验室的“旅行”中，竟然比光早到了60纳秒(10-9秒)。如果实验结果被证实，将对现代物理学的一块基石——爱因斯坦狭义相对论带来极大冲击。因为狭义相对论认为，没有任何物质能跑过光速。一石激起千层浪，这一说法旋即在科学界以及普通民众中间引起强烈反响。
整个实验工作的第一步始于欧洲核子研究中心内部一个充满氢气的大罐子。科学家们首先剥夺了氢原子的电子，使其成为一颗质子。随后，这些质子被一系列加速器接力加速，最后进入大型强子对撞机(LHC)设备内部运行。随后，一些质子被以10微秒的脉冲形式射向一个石墨靶标并产生一束介子脉冲。这些介子很快衰变成中微子，并穿越地层抵达格兰萨索的探测器。在这里，OPERA，即采用乳胶径迹装置的(中微子)振荡项目，所采用的乳胶寻迹设备可以感知中微子的抵达。
根据现有理论，在从欧核中心飞抵OPERA设备的数毫秒间，其中一部分中微子将发生振荡变形，从μ中微子变为τ中微子，而OPERA实验的“初衷”正是对这种中微子振荡进行研究，试图追寻到τ中微子的踪迹。但出人意料的是，科学家们发现，中微子比光“跑”得快。
测量中微子速度的难点在于如何精确地测量距离和时间。在该研究中，距离通过GPS(全球定位系统)测量得到，误差为20厘米；时间通过GPS和铯原子钟测量得到，精度是2.3纳秒(一秒的10亿分之一)。中微子实际传播了732公里，“旅行”时间为0.0024秒，计算结果表明，中微子的速度是299798454米/秒，比真空中的光速299792458米/秒快5996米/秒。
这一结果震惊了欧核中心的科学家。在仔细考虑了实验中其他各种因素的影响之后，他们认定，实验结果经得起检验，于是决定将其公开，恳请全球同行共同对实验结果进行验证。
其实，在科学史上，这并非科学家们首次观察到“中微子比光跑得快”这一现象。此前，科学家们在1987年对SN1987A超新星进行的研究、费米实验室进行的MINOS(主注入式中微子振荡搜寻实验)等都表明，中微子似乎比光跑得快。但因为诸多原因，没有引发如此大的反响。
SN1987A是科学家们于1987年发现的第一颗超新星，距离地球16.83万光年。事实上，它是在公元前16.81万年左右爆发的，但它的光直到1987年才抵达地球。在SN1987A爆发的光线来到地球的3小时前，世界各地有3台中微子探测器同时探测到一股中微子爆发，这似乎表明中微子比光快。
而在2007年美国费米实验室进行的MINOS高能物理实验中，物理学家们让主注入器产生的中微子束穿过该实验室位于伊利诺伊斯州的近程探测装置，然后击中位于数百英里外位于明尼苏达州的远程探测装置。该实验当时得出的结论是：记录到中微子的运动速度超过光速。但实验结果的误差范围太大，因此并没有引起多大注意。
如果OPERA实验确实探测到中微子的速度超过了光速，那么，对物理学理论可能产生的影响包括以下几点：1. 中微子不是普通快子(一种假设的亚原子粒子，质量为负，速度总是超过光速，不可能减小到或低于光速，其存在至今还没有得到实验证实)，所以相对论肯定要修改。2. 可能地球上存在一个媒介，例如以地球质量为源的标量场，这样，洛伦兹对称性和规范对称性都被完全破坏了。3. 也有可能对称性被修改了，存在新的对称性；但引力理论需要做较大的修改，因为爱因斯坦等效原理可能不再成立。4. 因果性不太可能被破坏，从而穿越到过去是不可能的。5. 其他基本粒子理论也要做相应修改，有可能存在一个新理论与所有已知实验不矛盾，也可能根本不存在这样一个理论。
当然，现在最值得怀疑的是实验本身可能存在的问题：距离真的测准了吗？时钟校准了吗？是不是其他效应造成的，如中微子束时间结构变形了，或者波导性质改变了(折射率有了微小的改变)？这就在警告我们：在得出一个与基本理论有关的结论之前，进一步核查测量中的系统错误非常关键。(本报记者 刘霞 整理)
[科技日报]
吴岳良：研究超光速可能性要从本质入手
吴岳良 中国科学院院士，理论物理研究所所长，博士生导师。
诺贝尔物理学奖获得者卡罗·卢比亚在不久前的诺贝尔北京论坛上评论说，中微子振荡实验(OPERA)很重要，令科学家意外发现了中微子可以超越光速，但他认为他们过早地发表了结果，应该进一步研究，考虑各种可能性，更加认真地对待。
欧洲核子中心OPERA实验的研究人员自己也表示要继续研究系统误差，这个实验出现的反常很可能是系统误差引起的，不排除用系统误差进行解释。而我要讲的和强调的是：我们所有实验和理论研究都是朝着发现新现象和提出新理论，超越爱因斯坦和前人研究成果这个目标而努力的，爱因斯坦本身就超越了牛顿。我们知道，所有实验都是在一定条件下做的，当实验条件和环境等改变以后，物理现象也可能就会随之发生变化，这是科学家们在研究时的重要出发点和探索目标。
众所周知，相对论和量子论是上世纪建立的两个奠基性理论。爱因斯坦的贡献除了狭义相对论外还有广义相对论。狭义相对论实际上是纯运动学的理论，广义相对论是动力学理论，回答粒子受力或物质之间有了相互作用以后是怎么加速运动或改变运动状态的。狭义相对论的运动学理论加上量子力学，成功地建立了量子场论，并由此描述所有三种基本相互作用(即电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用)而建立起粒子物理标准模型。参与电磁相互作用而稳定存在的粒子有光子、电子和夸克，只参加弱相互作用而稳定存在的粒子就是中微子，还有一个稳定存在的粒子是由参加强相互作用的夸克而形成的质子。需要一提的是狭义相对论中用到的洛伦兹变换，它本身是一个数学上的坐标变换，虽然其在爱因斯坦之前已经存在，但爱因斯坦的贡献在于解释洛伦兹变换所隐含的物理含义。
爱因斯坦认识到洛伦兹变换不只是数学上的四维坐标变换，当把其中的一维作为时间，其变换就把时间与空间联系了起来，同时需引进一个对应于速度的物理量，而当把这个速度物理量看做是与坐标无关的不变常数时，时间与空间之间的变换关系就将被唯一确定下来，这时洛伦兹变换就成为一个更基本的时空变换，若要求物理规律在洛伦兹变换下不变，那么，洛伦兹变换意味着时空的基本对称性，这个对称性称为洛伦兹对称性，而不变的速度常数就是大家熟知的光速。由此，爱因斯坦超越了牛顿关于时间与空间无关的绝对时空观。实际上，空间本身的对称性我们早已熟悉，如空间的转动对称性，它导致角动量守恒。事实上，每一个对称性都与一个守恒律相联系，如时间平移不变性与能量守恒联系起来，空间平移不变性与动量守恒联系起来。而洛伦兹变换除了包括空间本身的转动对称性外，还反映了时间与空间之间的对称性。如在一参考系里同时发生而不在同一地点发生的事情，在另一以高速匀速运动的参考系里的观察者看来却不再是同时发生。这就是说，空间与时间之间实际是分不开的，它们是相互关联的。只有当洛伦兹变换的对称性受到破坏，才有可能发生超光速现象。而洛伦兹变换对称性和光速不变成立的条件，是在四维时空和没有相互作用的真空中，物质运动所遵循的规律。大家知道，光在介质中的速度与真空中的速度是不一样的，这是因为光与物质相互作用引起的。从目前认识到的相互作用和基本粒子，其相互作用都是由粒子的内禀规范对称性来支配，并以量子场论作为理论基础来描述，因此物理规律满足洛伦兹变换对称性，其理论预言是不会有超光速现象发生的。
为此，若要研究超光速的可能性，就要从本质上来研究。由目前的相互作用和基本粒子建立的粒子物理标准模型无法解释中微子的超光速现象，那么有没有新的相互作用和新的物态，特别是与中微子之间而不是与其他物质的特殊相互作用，这是需要进一步研究的问题。同时，研究时空的洛伦兹变换对称性的破坏，必须与粒子之间相互作用的内禀对称性一起考虑，只有把它们联系在一起研究，对中微子是否可能有超光速现象的认识才会更深入。我们知道，在粒子物理标准模型中，中微子与带电轻子(电子为其中之一)一起构成一个新的内禀对称性，即所谓的同位旋对称性(类似质子与中子之间的对称性)，这样自然就会提出一个新问题，为什么我们没有观察到其他轻子(电子)的超光速现象？这当然不再是一个能简单回答的问题。
在这个意义上，实际上我们所有的研究一直是在挑战能不能超越爱因斯坦、超越现有理论。大家知道，有关暗能量的问题，今年的诺贝尔奖颁给了宇宙加速膨胀的发现，这表明宇宙中存在一种新的物态，这种可能的物态就是所谓的暗能量，它的存在本质上也表明了要超越爱因斯坦。因此，要超越爱因斯坦的狭义相对论，就必须研究超越狭义相对论成立的条件，如超越四维时空，重新认识真空以及引入新的特殊相互作用等，必须有突破性的新想法。(本报记者 张巍巍 整理)
[科技日报]
陈国明：我散裂中子源或可担此任
陈国明 中科院高能物理所研究员，“973”项目科学家，博士生导师。
这类实验的难点和关键点都在于对误差的把握和控制。此次实验采用GPS(全球定位系统)和铯原子钟测量的方式对时间进行同步，误差只有2.3纳秒(一纳秒等于十亿分之一秒)；采用GPS对距离进行测量，误差只有20厘米。可以说在时间和距离上，其精度是可靠的。
中微子是一种极为特殊的粒子，只参与非常微弱的弱相互作用，具有最强的穿透力，在宇宙中大量存在。除了大型强子对撞机(LHC)发射出的中微子外，其他中微子也可能穿透地球到达格兰萨索的探测器。但格兰萨索国家实验室公布的实验数据中并没有提到本底中微子通量和发出的中微子数量的比例，也没有两者相关性的介绍。将这种还未达到正式发表标准的论文公布出来的做法是不严谨的，其实验结果也是值得怀疑的。这一结果还需要由其他实验室进行重复实验才有可能被证实。
这或许为中国提供了一个很好的机遇。目前由中国科学院高能物理研究所承担的中国散裂中子源项目已经破土动工，可以利用该装置产生的高流强脉冲质子打靶产生中微子。这样的中微子流强会比本底的流强高得多。如果这一流强能超过本底的100倍，实验结果将会更为可信。比如，把这样的中微子流发射到1400公里以外的西昌景屏山，在山洞里安装一个万吨量级的中微子探测器。届时，可以通过束流和测得的信号的周期验证中微子源与探测器信号的相关性。例如，以1秒的周期发射一次，再以10秒的周期发射一次，以这样的方法来确定两者是否存在相关性。如果我们的实验可以成功，其精度将会更高，结果也将会更为可信。
(本报记者 王小龙 整理)
[科技日报]
物理学家解释超光速中微子:或因卫星测量误差
新浪科技讯 北京时间10月18日消息，超光速中微子存在意味着爱因斯坦的推测是错误的。至少自从科研人员在意大利通过OPERA试验提出中微子比我们认为的早到60纳秒后，这就一直是一些非常受欢迎的新闻媒体喜欢谈论的话题。对这一异常结果非常感兴趣的科学家从此开始寻找更准确的答案。该消息宣布3周后，arxiv网站的预印版上粘贴出80多种解释。虽然一些人提出新物理学的可能性，例如中微子在额外维中穿行，或者特定能量的中微子的运行速度比光更快，但是很多人为这项试验提出创新性更少的解释。
有关超光速的解释，最早出现的一个反对理由来自于一项天体物理学研究。1987年，一颗强大的超新星产生的大量光和中微子涌向地球。虽然中微子探测器观察到这种微粒比光早到大约3小时，但是很有可能是这种超轻粒子先开始向地球方向飞来。中微子很难与物质产生互动，它相对比较容易从爆炸的恒星核里逃逸出来，而光子会被多种元素吸收并重新发射出来，它从恒星核里逃逸出来需要更长时间。如果OPERA试验得出的结果与观测结果一样，科学家认为中微子应该比光早到超过4年时间。
其他科学家已经把这一超光速结果应用到采用标准物理模型的任务中，这种模型用来描述所有亚原子粒子以及它们之间的互动。据标准物理模型显示，能量足够高的中微子应该能够通过被称作科恩-格拉肖喷射(Cohen-Glashow emission)的过程产生虚拟电子对。正如诺贝尔奖得主格拉肖和他的同事们在一篇论文里的解释，这些喷射物将会逐渐耗尽超光速中微子产生的能量，导致它们的运行速度放慢下来。
理论物理学家马特-施特拉斯勒也在他的博客上说，标准物理模型的特性表明，要让中微子的运行速度比光快，电子也要这样。但是如果电子中微子以OPERA试验提出的速度运行，那么电子至少也应该比光速快十亿分之一。很多试验已经确定电子的理论极限，这很好地排除了上述假设。OPERA科研组利用GPS卫星精确测量探测器与欧洲粒子物理研究所的粒子束之间的730公里的距离，该研究所正是产生中微子的地方。然而根据狭义相对论，如果两名观察员向彼此靠近，将会得出略微不同的结论。
由于卫星是在围绕地球运行，中微子源和探测器的位置会不断发生变化。据该论文说，卫星运动会导致64纳秒的误差，几乎与OPERA科研组的观察结果接近。最终，物理学界还需要花费大量时间，并获得大量学术知识，才能为该科研组得出的结果提供真正的解释。在此之前，激烈的争论可能会一直持续下去。(秋凌)
[新浪网]
曹俊研究员：中微子超光速实验可能有漏洞
瑞士大型强子对撞机。
“萨德伯里”中微子天文台里的中微子探测器。
新闻背景
最近，欧洲核子研究中心宣布，与他们合作的一个意大利实验OPERA发现中微子的速度超过了光速。
现代物理学建立在相对论和量子论两大支柱之上，而相对论的基本假设之一，就是光速不可超越。如果发现了超光速现象，一百多年来人们深信不疑的相对论将受到严重挑战，也使科幻小说中的星际旅行和时间穿越成为可能。
超光速的八卦新闻以前也时有耳闻，但是这一次，由于欧洲核子研究中心在科学研究中的权威地位和中微子的特殊性，还是在科学界和公众中引起了轰动。
光速不变假设是怎么来的？
运动员在推铅球的时候，会先向前滑步，再奋力将铅球推出。身体滑步的速度，加上铅球相对于身体的速度，使铅球的出手速度更快，推得更远。在机场的输送带上行走，比在地面上行走更快。这些日常的经验告诉我们，速度是可以叠加的。
那么，站在输送带上向前照射的光，是不是也比地面上的光快呢？十九世纪的人们就是这样认为的。1887年，两个美国人迈克尔逊和莫雷想利用这个速度叠加原理测出地球运动的速度。沿着地球运动方向的光，应该比垂直方向的光快。可是结果却令人惊讶，不管他们怎么转动仪器，都没有发现两个方向的光速有什么不同。
人们花了二十年的时间来解释迈克尔逊和莫雷的实验。1905年，爱因斯坦假定相对性原理和光速不变原理，推出了著名的相对论。相对性原理，就是在匀速前进的机场输送带上，所有的物理规律都跟站在地面上时一样。光速不变原理，就是在输送带上发出的光，速度跟在地面上发出的光是一样的，不会因为输送带在向前走而变得更快，它是一个固定的值，也是宇宙中的最高速度。
光速不变会带来什么结果？
相对论的公式看起来非常简单，可是对时间和空间的理解，却是一场革命，与日常经验相差很远，也导致了很多奇妙的结果。
首先是时间和空间不再独立。你的手表跟我的手表，看到的不是同一个时间。运动得越快，时间走得越慢。另外一个效应是空间会缩短。坐着高速飞船经过地球的话，会发现地球在运动方向上被压缩了，变成了一个扁球。速度越快，扁得越厉害，甚至看上去像一个薄饼。
在相对论规律成立的宇宙里，星际旅行存在一种奇异的理论上的可能性。假如我们要去一个1000光年外的星球，站在地球上看，即使飞船的速度非常接近光速，也需要1000年，看上去似乎宇航员不可能在100年的寿命内到达。但实际上，宇航员的时间会变慢，如果他以0.9999倍光速飞行，地球上的1000年，对他来说只有14年。不能不佩服中国古人“天上一日，地下一年”的奇思妙想，竟然与现代科学如此一致。换一个角度，站在这个飞船上看，飞船是不动的，目标星球在向飞船飞来。由于飞船不动，因此时间没有变慢，不过距离被压缩变短了。1000光年的距离，变成了14光年，这样，不管是站在地球上看，还是站在飞船上看，用宇航员的时间来衡量，都是14年飞到。
虽然星际旅行存在这种理论上的可能性，但如果一个宇航员去外星走了一趟，回来发现沧海桑田，2000年已经过去了，人非物也非，有谁会愿意吗？
相对论已经被无数实验证实
相对论的这些奇怪结果，只有速度接近光速时才显露出来，对日常生活是没什么影响的。但也不是完全没有。相对论最有名的推论就是质能关系E=mc2。由于光速是一个很大的数，它揭示了质量中蕴藏着巨大能量。原子弹和核电站就是基于这个原理，将一小部分质量转化为能量。
现在GPS走进了千家万户。GPS的定位信号来自天上的24颗GPS卫星。由于卫星在绕地球高速飞行，它的时间会比在地球上慢，如果不做相对论修正，一天之后定位就会差好几公里。不过更大的修正来自广义相对论中地球引力的修正。
一百多年来，相对论得到了无穷多次的精确检验。除了很多专门的检验实验，实验室中的“日常”现象也都在验证着。比如在高能物理的加速器中，电子或质子的能量被加速得很高，但速度只能接近光速。在北京正负电子对撞机中，电子被加速到光速的99.999997%，每秒钟在240米的加速环中转1百万圈。只要相对论稍有差池，我们就无法控制这样精密的加速过程。
正因为如此，不少知名科学家包括诺贝尔奖获得者，都斩钉截铁地说，肯定是OPERA实验错了。的确，OPERA实验的测量难度很大，只有这样一个结果是很难让人相信的。不过，由于中微子的特殊性，还是有很多科学家假定OPERA实验是正确的，并饶有兴味地考虑各种可能的解释。
怎样解释中微子超光速实验？
在OPERA实验结果发表后，除了科学家口头表达的看法外，几天内就出现了几十篇论文，探讨实验的结果。
从概率上来说，最大的可能性是这个实验本身有漏洞，只不过现在还没有被发现。有人指出了实验的几个测量环节有可能会出问题。诺贝尔奖获得者格拉肖发表论文，说明如果真的超了光速，中微子的能量会在地下飞行过程中损失，实验结果会自相矛盾。因此，当务之急是重复实验结果。诺贝尔奖获得者鲁比亚在参加北京诺贝尔奖论坛时表示，另外两个意大利中微子实验BOREXINO和ICARUS可以用来验证。美国MINOS实验也表示，他们会马上分析数据，给出一个初步结果，然后再改进测量设备，验证OPERA实验的结果。
第二种可能是中微子具有特殊性质，这样相对论也是对的，这个实验结果也是对的。比如说，欧洲核子研究中心发出的中微子有可能振荡到一种惰性中微子，而惰性中微子可以在多维空间中“抄近路”，然后再振荡回普通中微子，这样看起来中微子就跑得比光快了。也有人认为中微子的质量不是固定的，与暗能量有关联，会随环境变化，这样在飞行过程中看起来比光速快。诸如此类的理论很多，不过这些理论本身就需要大量实验来证实。
第三种可能就是相对论错了，光速是可以超过的。这个敢想的人还真不多。还是先重复一下实验，证明它对了再说吧。
延伸阅读
奇怪的中微子
中微子是一种难以捉摸的基本粒子，有三种类型，即电子中微子、缪中微子和陶中微子。它们质量非常小，不带电。太阳、宇宙线、核电站等都能产生大量中微子。它极难被探测，几乎不与物质发生相互作用，被称为“鬼粒子”，可以轻松地穿过人体、建筑，甚至地球，不带来任何影响。所以，中微子在概念被提出26年后，科学家才在实验室中第一次观测到这种神秘粒子的存在。中微子不仅在微观世界最基本的规律中起着重要作用，而且与宇宙的起源与演化有关，例如宇宙中物质与反物质的不对称很有可能是由中微子造成。
以前人们以为中微子是没有质量的，永远以光速飞行。1998年日本的超级神冈实验发现它们可以从一种类型转变成另一种类型，称为中微子振荡，间接证明了它们具有微小的质量。不过这个质量非常非常小，到现在还没有测出来，它们的飞行速度非常接近光速，到现在也没有测出与光速的差别。由于它很难探测，是我们了解最少的基本粒子，现在还存在大量的未解之谜。正因为如此，在其它粒子都有大量证据证明严格遵守相对论时，也有不少人怀疑中微子会不会是个特例？
(作者为中国科学院高能物理所研究员)
[北京日报]
马伯强：科研就是为了探索并超出前人
马伯强 北京大学物理学院教授，“理论物理长江特聘教授”，博士生导师。
物理学是一门科学，这门科学非常重要的特点就是它是实验科学，通俗来说，就是我们的思想是否正确要通过实验来检验。需要强调的是，本身科学家的研究就是为了探索并超出前人，而科学研究的目标也是要给人提供新的知识。这种知识可以是新现象，或是新的了解和认识，也有可能说明原来的理论在某些地方需要修正和突破。所以从这个角度来说，“中微子超光速”事件公开之后，虽然在社会上和学界出现各种说法，甚至异议，但我认为这是科学探索活动之中一个非常正常的过程。而且实验组这次公布实验过程，与往常也不一样。以往在召开新闻发布会时，文章要向杂志社正式投稿。出版相当于一个正式注册，即科学研究的法律程序。但他们这次十分反常，其一，他们是在我们物理学家内部的网络，相当于BBS上，公布了相关文章；其二，他们是在科学家在场的情况下讲出了这些内容，但到目前为止没有正式投稿，这也是他们内部投票作出的决定。他们这样做的目的一是因为很多人都认为这个结果很难理解，但也找不出错在哪里，所以想请全世界的同行看看；同时，也抢占了公布或注册这一发现的先机。
目前有3个实验组有能力重复这个实验，第一个是费米实验室此前进行过中微子振荡和中微子速度实验的MINOS合作组，它的中间值加上误差和最近OPERA公布的结果基本一致；第二个是费米实验室的另外一个合作组NOνA(其中v是希腊字母nu，就是中微子的符号)，其也可能开展这个实验测量；第三个是日本的KEK实验室T2K合作组，但日本刚经历过大地震，其重新运行需要一个新的周期。综合来看，费米实验室最有可能较快地公布一些相关研究结果。
我们物理学家的一个目标就是要发现超出标准模型的新物理，勇于挑战过去的物理规律。从传统来讲，一个实验最终被大家接受不是听信一家之言，而需要不同组在不同地方多次重复验证。但多次重复之后仍有犯错的可能，这在科学史上也很正常。所以我认为，如果把这件事情当成探索过程来理解的话，就会觉得非常自然，也会发现一些新的东西。另外，实验组应该聆听同行的不同观点，并对这些观点给出圆满答复，经过同行的审议才能够发表文章。还有一点值得强调，即使最终发表了文章也只能代表同行认可实验组的一些做法，而不代表发表的就正确。此前发表的错误文章也是不计其数的，我们应该允许在科学探索中犯错，对其保有一定的宽容度，给他们时间来证明到底孰对孰错。
即使OPERA的结果将来被证实，也有可能在标准物理学的理论范围内获得解释。此前也有大幅度超光速的发现，后来大家在认真研究后确认这种现象确实存在，但理论解释却不准确，其在现有范围内跟狭义相对论并不违背。OPERA实验也有可能面对这种情况。
假定OPERA实验被证实，它可能会导致一些基本观念的改变，比如大众对时间、空间关系认知的改变。而这个实验对物理学的发展也有积极意义，其将推动一大批物理学家对基础理论进行思考，并吸引更多年轻人加入到探索之中。科学研究不可能保证每个人的看法一致，之后的很长一段时间内可能会涌现出大量不同的理论或者不同的模型和理解。在反复讨论后，才能最终形成物理学层面上的共识。最后，目前判断此次实验是否能撼动爱因斯坦的狭义相对论仍为时尚早，需要等待进一步研究结果或数据的发布。
(本报记者 张巍巍 整理)
[科技日报]
何红建：现在谈冲击相对论为时过早
何红建 清华大学高能物理研究中心和工程物理系教授，“中国青年科技奖”和“国家杰出青年科学基金”获得者，博士生导师。
“中微子超光速”在实质上可以被认为是破坏了时空对称性(洛伦兹对称性)，从而违背狭义相对论。狭义相对论有两个基础：一个是相对性原理，一个是光速不变原理。这两个基础不是物理学家凭空想象出来的，而是已经隐含在描述电磁相互作用力的麦克斯韦方程之中，爱因斯坦的伟大贡献在于从中首次揭示了这两个原理，并由此建立了对电磁学与力学的统一描述——狭义相对论，其中麦克斯韦方程被完整保持，但牛顿力学却作为相对论的宏观低速近似而被修改。这个理论成功地经受了一百多年来所有实验的考验。
狭义相对论从本质上说是一种关于自然界时空对称性的理论。自然界除引力以外的三种基本相互作用力——电磁力、弱力和强力(核力)均遵从狭义相对论。它揭示了基本的时空对称性，称之为洛伦兹对称性。相对性原理的实质就是洛伦兹对称性的不变性，光速不变的实质就是光速成为洛伦兹对称性的最基本的不变量。描述自然界电、弱、强这三种基本力的理论被称为基本粒子物理学的“标准模型”，它非常成功，自上世纪50年代以来为奠定标准模型所颁发的诺贝尔物理奖已达17次。这个理论包含两大基本对称性：时空对称性(即洛伦兹对称性)和内部对称性(即规范对称性)。但是规范对称性在弱力中必须被破坏，而且必须被自发破缺(1999年和2008年诺贝尔物理奖)，弱规范对称性自发破缺的尺度由著名的费米常数GF决定，它带有质量量纲为-2，从其实验测定值就可直接推断出相应的能量尺度为100GeV—1000GeV范围(1GeV等于1千兆电子伏特)，因此导致弱规范对称性自发破缺的新粒子——希格斯粒子(或称“上帝粒子”)的质量必须位于此范围。目前正在欧洲核子中心运行的大型强子对撞机(LHC)的能量尺度完全覆盖100GeV—1000GeV范围，它预期将发现或排除这个“上帝粒子”。若此粒子被排除，标准模型将被一个新的革命性理论所修改。
如果超光速是真的，标准模型的另一个基本对称性——时空对称性(洛伦兹对称性)就会被破坏。那么，人们要问：洛伦兹对称性破坏预期的能量尺度究竟在哪里？标准模型自身无法提供这样一个尺度。但我们知道在牛顿万有引力定律中恰好有一个基本引力常数GN，其质量量纲也为-2，与费米常数GF类似，它提供了整个物理学的另一个基本能量尺度——普朗克尺度MP=1019GeV，在那里量子引力效应变得非常重要；不仅狭义相对论无法描述引力，而且爱因斯坦的广义相对论也无法完满描述量子引力，所以这是物理学家们预期产生洛伦兹破坏最自然的能量标度。由于标准模型本身的对称结构不包含这样一个尺度，洛伦兹破坏效应就只能作为“高阶效应”出现，受到普朗克尺度倒数的压低，具体讲，就是E/MP压低，这里E是相关过程的能量。对于OPERA实验来说，E=17GeV，因此这个压低因子E/MP就小到10－18量级，远远小于OPERA实验声称的10－5量级的超光速效应。虽然我们不敢说10－5量级的洛伦兹破坏效应绝对不会发生，但可以肯定，其发生的可能性非常小。因此，如果OPERA结果没有得到其他实验的独立验证，理论家们绝对不会感到任何意外。
我想强调的是，半个多世纪以来，对于标准模型中狭义相对论的洛伦兹时空对称性的检验已经非常广泛而精确了，无数实验基于相对论框架做了大量测量，能量上从兆电子伏特(MeV)、到千亿电子伏特(100GeV)乃至目前的万亿电子伏特(1000GeV)尺度，结果仍然与狭义相对论完全符合。OPERA实验却声称在17GeV能量发现中微子超光速，而中微子不带电，只有弱作用，恰好是包括电子在内的所有高速运动的基本粒子中在实验上最难控制和测量的，因而也最易出错！为什么超光速只发生在中微子？也许中微子本身有神秘特性？其实中微子在相对论框架中可以被完满描述，并不神秘。目前我国大亚湾中微子实验正在进行测定其关键混合角θ13的重大研究。
从理论上讲，如果超光速是真的，不光狭义相对论，就连广义相对论也将面临相应的修改。要对整个现代理论物理体系进行如此庞大的修正而又要让这些更改符合之前所有支持相对论的无数实验证据是非常困难的。此外，已有理论计算表明：由显示洛伦兹破坏引起的超光速中微子在传播过程中将会发生衰变，这意味着它们到达探测器的能量和角度分布以及时间结构都会发生改变，远不像OPERA测量声称的那样简单。
我们理论家大多对此实验持严重怀疑，因为如我上面所述，没有任何理论上的可靠证据或者迹象表明在17GeV能量尺度洛伦兹对称性会遭到破坏，倒是恰恰相反，有很好的理由预期洛伦兹破坏应该发生在普朗克能标1019GeV区域。
历史经验表明，一般在理论上完全没有把握的时候，物理学家只能主要依靠实验；但在实验很容易出错而理论又是如此严密可信的地方，应该正是值得实验家们慎思和反省的时候。
很显然，现在来谈意大利这个实验对爱因斯坦理论的冲击还为时过早。这也正是OPERA实验组自己的态度，他们把文章预印本放到网上而没有正式投稿的一个主要目的，就是希望国际同行们能够帮助他们找错，并促进其他实验组进行独立检验。(本报记者 王小龙 整理)
[科技日报]
张新民：“超光速”让社会更关注物理前沿
张新民 中科院高能物理研究所研究员，“百人计划”教授，博士生导师。
对“中微子超光速”的实验结果，我谈两点。首先，这个结果出来之后，物理学界很多人都持质疑的态度。另外需要注意，OPERA实验组的科研人员也是非常优秀的中微子专家，对于目前的各种质疑，包括提出的可能出现的漏洞、产生误差的地方，也许他们在研究中已经考虑到了。换句话说，如果其他组来做这一实验，可能也会用基本相同的方法，而得出同样的结果。这表明可能存在着一些目前还不知道的系统误差。一个值得考虑的办法是邀请OPERA合作组外的中微子专家，一起研究，核实结果。
对于OPERA结果，现在看来，实验上大家质疑很多，而理论上却在积极地探索。我的观点是，到目前为止还只能说这一结果受到了质疑，不能定论说完全错了，这需要进一步的实验来验证。当然，如果这一结果的的确确被其他实验证实的话，它的意义和影响将是革命性的。
媒体也对“中微子超光速”非常关心，比如前段时间我的研究组接受了美国《发现》杂志的采访。近期，我刚参加了在欧洲核子研究中心举办的一个会议，这个会议的主题是国际高能物理的发展战略，规格很高。会上针对OPERA结果的讨论很少，我记得整个会上只有5个报告提到了这件事情，其中谈得比较多的一个报告是关于高能物理、粒子物理研究的对外宣传。OPERA的事情出来以后，的确影响很大，包括正面的和负面的观点，很多媒体都报道了。
在物理学研究中，围绕着中微子的故事的确很多，而且又很奇妙，这一点以前大家可能不太注意，觉得中微子研究就是测量几个参数。OPERA的发现公布以后，科学界、媒体和社会都感到非常新奇，特别是激发了年轻人对物理学的更多关注。这里我补充一点，1998年世界科学界有两件大事，一个是超新星观测发现亮度比预期的要暗，揭示宇宙在加速膨胀，这个发现今年获得了诺贝尔物理学奖；另外一件大事就是日本超级神冈试验发现了中微子的振荡现象，当时引起了很大轰动，之后提出了各种中微子实验，OPERA就是其中的一个。
OPERA现象值得我们深思的是，一些新的发现不是事先规划出来的，这一点对于科研管理工作来说非常重要。另外，希望我们国家在制定科学规划的时候，应该鼓励一些看起来比较“冒失”“冒险”的项目，在科学前沿探索领域应不怕失败，应鼓励做一些大的事情。我国目前也在进行着中微子的实验研究，希望国家能够对理论和实验研究两个方面都有更大的支持，期待我国科学家有更多创新性的发现。(本报记者 董子凡 整理)
[科技日报]