Antonio Ereditato は、私たちのインタビューは両方のカメラをオンにして Skype で行うことを主張しています。中年期のちょうど反対側にある彼の塩コショウの髪は、大きく開いた目と彫りの深いあごを縁取っています。彼は簡単に微笑み、彼の視線はスポット ライトのようにあなたの注意を引き付けます。イタリア語訛りが彼の言葉の最後に母音を追加します。
彼がオンレコのインタビューに同意する前に、私たちは15分間話します.彼は、彼の言葉をセンセーショナルで不誠実な話に転覆させるようなジャーナリストと関わりたくない、と言っています。彼が私との Skype に同意した理由は、私がそうではないからです。 ジャーナリストでありながら、13 年間素粒子物理学の塹壕で過ごした物理学者であり作家でもあります。そして彼は、科学ではなく行動についての別の議論に入ることに寛容ではありません.しかし最後に、彼はこう言います。私はあなたの目を見ました。あなたを信頼する。多分それは私の問題です。私はあまりにも簡単に信頼しすぎるかもしれませんが、私はあなたを信頼しています。彼は笑い、両腕を広げて椅子にもたれかかります。
Ereditato は、ニュートリノ物理学を研究することを目標とする OPERA コラボレーションを構成する 13 か国からの 160 人の物理学者の元リーダーです。それは 2000 年に最初に提案され、Ereditato は 2008 年から 2012 年までそれを主導しました。その後、2011 年の冬の終わりに、不可能が起こったように見えました。 「データを見ている人から電話がかかってきました」とコンピューターの画面から Ereditato が言いました。彼が見たのは、ニュートリノがスイスからイタリアまで 454 マイルの地球の地殻を通り抜けたという証拠でした。ニュートリノは非常に高速で移動し、60.7 ナノ秒早く到達したと考えられています。光が宇宙空間でその距離を移動できるよりも、それは不可能だったはずです.
過去 100 年間、アインシュタインの特殊相対性理論に記された、真空中を光速よりも速く移動できる巨大な物体は存在しないという観察は、私たちが宇宙を理解する方法の要となってきました。もし OPERA の測定値が正しければ、その理論の史上初の違反となるでしょう:宇宙に対する私たちの理解の中心にある原子爆弾.
私はEreditatoに、それが間違いだったに違いないと思ったかどうか尋ねます. 「これを言うのはフェアではないと思います」と Ereditato 氏は言います。 「それを言うと、分析にバイアスがかかります。だから、何かが驚くべきものであるというこの兆候を得たとき、最初の反応は、まあ、なぜそうなのかを見つけようというものでした。」
ヴォルフガング・パウリは、単純な問題を解決するために、1930 年にニュートリノの存在を仮定しました。原子核が電子または陽電子 (電子の反物質等価物) の放出によってベータ崩壊を起こすとき、何かが欠けています。目に見えない何かが電子や陽電子とともに放出されるか、エネルギーが消えなければなりません。飛んだり、落下したり、移動したり、衝突したり、崩壊したり、静止したりする実験では、エネルギーが消失するのを見たことがなかったので、パウリは、ベータ崩壊を熱力学の第一法則と一致させるために必要なすべての特性を備えた目に見えない粒子であるニュートリノを提案しました。 .目に見えないということは、ニュートリノが物質を通過するとき、痕跡をほとんど残さないということです。そのため、実験 (フレデリック・ラインズとクライド・コーワンによる) がそれらの物理的証拠を発見するまでにほぼ 30 年かかりました。
今日、ニュートリノは素粒子物理学の標準モデルの周期表の不可欠な部分です。ここでは、物質を構成する粒子がペアでリストされており、電子ニュートリノは電子と、ミューニュートリノはミューオンと、タウニュートリノはお察しの通りタウスとペアになっています。ニュートリノは、あるフレーバーから別のフレーバーに変化することができます。たとえば、電子ニュートリノは振動してミューニュートリノになり、ミューニュートリノは反転してタウニュートリノになります。 「ニュートリノ振動は、超えた物理学の最初の兆候です。 標準モデルです」と Ereditato 氏は言います。 「それが私がニュートリノが好きな理由です。」
これで OPERA の実験に戻ります。考え出されたとき、ニュートリノ振動の証拠は豊富にありましたが、そのすべては消失によってもたらされました 実験。つまり、証拠は電子ニュートリノかミューニュートリノのどちらかが消滅したということでした。 外見 実験が必要であり、それが OPERA の目標でした。このアイデアは、ジュネーブにある欧州原子核研究機構 CERN が、454 マイル離れたイタリアのグラン サッソ山脈の深部に埋設された検出器に向けてミュー ニュートリノのビームを生成するというものでした。そこでタウニュートリノが検出された場合、ニュートリノ振動が起こっていたことになります。実験のおしゃれな頭字語の素粒子物理学の伝統に従い、「エマルジョン追跡装置による振動プロジェクト」は OPERA になりました。
ニュートリノが CNGS (CERN ニュートリノからグラン サッソへ) ビームから OPERA 検出器まで移動する際のニュートリノの速度を測定することは、提案では言及されていません。しかし、2011 年 2 月、OPERA はまさにそのことに重点を置きました。
他の科学者と同じように、[私は] 初日から非常に非常に懐疑的でした」と Ereditato は言います。 「チェックリストを作成します。タイミング、受信機、GPS、受信機から検出器までの送信機…すべてをチェックします。」一部のオプションはすぐにチェックされましたが、他のオプションは待機する必要がありました。たとえば、CERN ビームを止めることはできませんでした。その間、エレディタトはチームを懸命に動かした。 「私が同僚とこのビジネスをどのように処理していたか想像もできませんでした。これを確認してください。これを確認してください。これを実行してください。これを実行してください。連鎖を断ち切りましょう。もう一度やり直してください。春から 9 月にかけてこれを行いました。 23日！」
チームは、考えられる限りのソフトウェア、ハードウェア、および理論のすべての組み合わせを試行およびテストし、すべてのステップ、すべてのバグを修正し、理解を深めることで、光よりも速いニュートリノの証拠が山のようにしっかりと立っていました。実験の上。その後、避けられないことが起こりました。データが漏洩したというニュースです。実験外の人々は、相対性理論の違反についてうわさを言い始めました。この結果は、マックス プランクが量子物理学を発見した 1900 年以来揺らいでいなかったように、物理学の基礎を揺るがすことになるでしょう。噂は「光の速さで広まった」と Ereditato は言います。
「で、じゃあどうする？自分がスポークスパーソンの立場にあると考えてください。いいえ、ノーコメントですか？そして、すべてのジャーナリストがあなたを責めるでしょう。何が起こっているのか知りたいのです。私たちはあなたを支援している納税者です。私たちには知る権利があります。彼は不吉な声で次のように付け加えています。「私は超光速ニュートリノを発見しました。」
この場合、それは Ereditato だけによるものではありませんでした。 OPERA のような大規模な実験的コラボレーションには、論争に対処するための細則があり、コラボレーションの大多数によって結果を公開することに投票しました。この発表に反対票を投じたのはほんの数人でした。 「とても尊敬しています。そして、彼らは正しかった、最終的には称賛に値する」
OPERA は、2011 年 9 月 23 日に CERN の特別セミナーでその結果を発表しました。チームは、相対性理論の違反を観察したとは述べておらず、「証拠」や「発見」などのフレーズを使用する代わりに、データを「異常」と呼びました。しかし、その極めて重要な警告は、人間の相互作用の感覚で失われました.条件文が The New York Times に掲載されましたが、 「小さなニュートリノが宇宙速度の限界を破った可能性がある」という見出しは、The Daily Telegraph には掲載されませんでした。 (「CERN 科学者「光速を破る」) または ガーディアン (「超光速粒子発見、科学者の主張」) または Scientific American (「光速よりも速く移動する粒子が発見されました。」)
一方、物理学のコミュニティは、この発表を懐疑的に、さらに皮肉を込めて受け取りました。 1930 年にヴォルフガング・パウリがエネルギー保存を放棄することをいとわなかったのと同じように、専門の物理学者の中で、特殊相対性理論を放棄することをいとわなかった人はいませんでした。 1983 年に CERN で行われた UA1 と UA2 の実験によって標準モデルの核となる教義が確認されて以来、素粒子物理学におけるすべての発見 (ニュートリノ振動を除く) は、厄介なほど由緒ある標準モデルに別のチェックマークを追加したにすぎません。素粒子物理学者は、生きている間に何か、何かが分野を切り開くかもしれないという希望にどうやって抵抗できるでしょうか?
Ereditato でさえ、あえて希望を持っていました。 「あなたは科学会議やセミナーに出てきて、『みんな、私には理解できないことがある』と言い始めます。私たちを理解するのを手伝ってください. 「謙虚であることは良い選択だったと思います。そして第二に、誰もが私たちが正しいと夢見ていたということです。みんな。」
一方には壮大で画期的な物理学があり、他方には潜在的な恥ずかしさがあります。 OPERAは待つべきでしたか？結果を分析し、再分析するのに、あと何ヶ月も費やせたでしょうか? Ereditato は前かがみになり、カメラ越しに私を指差しながら、科学者がばかげているからといって測定値を無視できない理由を説明します。 「あなたはこれを殺してはいけません…自然は理論を通してではなく、実験結果を通して私たちに話しかけています.最悪のデータは最良の理論よりも優れています。合理的な結果を求めるなら、決して発見をすることはないでしょうし、少なくとも予期せぬ発見をすることは決してないでしょう。あなたは、予想通りの発見をするだけです — これは言葉の矛盾です —
1 つ確かなことは、この発表により、OPERA が望んでいた支援が得られたことです。数日後、彼らは CNGS ビームのオペレーターと共に、測定への新しいアプローチの開発を開始しました。当初の解析では、ニュートリノの到達時間を決定するために統計的手法を使用する必要がありました。これは、ビームが空間に広がっていたためです。新しいアプローチは、ニュートリノが検出器に一緒に到着するように、ニュートリノを密集して生成することでした。これにより、到着時刻の決定がはるかに簡単になりました.
ニュートリノ ビームの再構成、実験の実行、結果の分析に 2 か月かかりました。これは、この複雑な実験では前例のない速さです。
超光速測定はまだそこにありました。 「それから私は恐怖を感じ始めました」と Ereditato は言います。 「私は『オーマイゴッド』と言いました。そして、私だけでなく、非常に批判的だった多くの人々が、この結果の前で、もはや議論の余地がありませんでした。」
素粒子物理実験は、複雑な建物サイズの検出器と粒子加速器で構成されています。設計と建設は、データの最初のビットが取得される何年も前に始まります。検出器とコライダーの両方が稼働するまでに、実験者は分析ソフトウェアを開発して、データをふるいにかけ、背景から信号を分離し、珍しいものとエキゾチックなものを一般的でありふれたものから分離し、音楽をノイズから分離しました。彼らは、「隠されたシグナルボックス」を必要とする生物医学研究の二重盲検検査のような、ブラインド分析のバージョンを使用しています。実際のデータで技術をテストする代わりに、既知のプロセスに対する検出器ハードウェアの応答を複製することによって作成されたシミュレートされたデータでテストします。このようにして、彼らが「箱を開けた」とき、彼らの測定値は、発見に対する意識的または無意識的な欲求によってバイアスされるべきではありません.
それでも、OPERA の超光速ニュートリノ データは存続しました。次のステップは、OPERA 自体の外部で独立した確認を求めることです。これは一般的な慣行です。たとえば、ヒッグスは ATLAS と CMS の両方の実験で観測されました。しかし、少なくとも数年間、OPERAを確認または否定できる他の実験はありませんでした.しかし、Gran Sasso のベースには、Large Volume Detector (LVD) と呼ばれる別の実験があり、少なくとも OPERA のタイミング システムをチェックすることができました。それぞれの検出器への宇宙線ミューオンの到着時間を比較することで、各実験のクロックが同期されていることを確認するというアイデアでした。
「これは本当に殺戮実験でした」と Ereditato は言います。 5 年間の OPERA データをすべて振り返ってみると、チームは OPERA のタイミングが約 73 ナノ秒ずれている期間を発見しました。その後、束になったビームの実験に影響を与えたタイミング回路で別の間違いが見つかりました.OPERAのクロックの周波数は、束のタイミングにロックされていませんでした. 2 つの問題の組み合わせにより、CNGS ミューニュートリノの 60 ナノ秒の早期到着時間が完全に説明されました。
タイミングの問題の原因は、Gran Sasso の地表から 8.3 km 下の OPERA 検出器まで GPS タイミング信号を伝送する光ファイバー ケーブルにあることが突き止められました。ケーブルには 2 つの厄介な課題がありました。まず、接続が不十分な場合、受信機がまったく応答しないことが合理的に予想されます。受信機が光を検出した場合、検出器に向かってニュートリノを飛ばすためのピストルを発射する必要があります。レシーバーが光を見ない場合、スターティング ピストルは発射されるべきではありません。これは明らかなバグです。しかし、これらはどちらも起こりませんでした。代わりに、この特定の受信機が十分な情報を取得するのに 73 ナノ秒かかりました スターティングピストルを発射し、電子機器をトリガーする光エネルギー。実際には、ニュートリノが CERN のスタート ラインを離れてから 73 ナノ秒後にスタート ピストルが発射されました。 「信号を受信するか、受信しないかのどちらかだと思っていました。しかし、信号が遅れることはありません」と Ereditato 氏は言います。次に、ケーブルのコネクタが移動したようです。 「データ取得を開始する 1 週間前までは、ケーブルの状態は良好でした。すべてを再確認したところ、ケーブルは適切な位置にありました」と Ereditato 氏は言います。 「厄介なのは、ニュートリノ速度のデータを取得した途中で、ケーブルが奇妙な状況にあったことです。」
間違いが見つかって修正されたことで、OPERA によるニュートリノ速度の測定は現在、世界で最も正確です。そして、アインシュタインの特殊相対性理論と完全に一致しています。由緒ある標準モデルによって予測されなかった新しい物理学へのかすかな希望は死んでしまいました.しかし、実験装置の何千もの電気チャネルの中から 1 本の緩んだケーブルを見つけた OPERA チームのパフォーマンスは驚くべきものでした。 「私は誇りに思っています」と Ereditato は言います。 「率直に言って、解決策は非常に奇妙な効果からもたらされるだろうと常に考えていました。誰も考えなかった二次効果。私はそのようなこと（ケーブル）を考えたことはありませんでした。また、コラボレーションはデータを誇張したり、不当な主張をしたりしませんでした.実際、彼らは何の主張もせず、調査において他のチームと緊密に協力しました.
それにもかかわらず、どこかで誰かが間違いを犯したことは明らかでした。たぶん、ケーブルを接続したり受信機を設計したりした人、あるいはまったく別の人だったのでしょう。 2012 年 3 月、騒ぎが収まったとき、OPERA 共同作業は別の投票を行いました。今回は、共同作業者が実験のリーダーに信頼を置いているかどうかを判断するためのものでした。各メンバー機関は 1 票を獲得しました。集計は 16 対 13 で終了し、いくつかの棄権で不信任を支持し、リーダーシップを弾劾するために必要な 3 分の 2 の過半数には大きく及ばなかったが、強力なメッセージを送るには十分だった。 OPERA のリーダーである Ereditato と、実験コーディネーターである Dario Autiero の両方が辞職しました。
Ereditato の辞任の手紙は、彼が彼のチームの利益のために辞任することを明らかにしました。 150人を超える人々で構成される社会システムの内部…科学的目的を見失う可能性があるという潜在的に危険な結果につながる…これはリスクが大きすぎて実行できません。それを回避するには、個人の立場を後回しにする必要があります。」
しかし、Ereditato は何か悪いことをしたのでしょうか?人は間違いを犯します。私は SLAC、フェルミラボ、コーネル、CERN、さらには超伝導スーパーコライダーでの実験に 13 年間携わってきました。家々の下を這って数えたり、ケーブルを配線したり接続したりしたことがない人よりも、私の方が寛容かもしれません。コネクタは多くの理由で失敗し、数千のチャネルがあるため、1 つまたは 2 つのバンプ コネクタを処理する必要のない素粒子物理学の実験はないと言って差し支えありません。通常は簡単に見つけることができますが、今回はそうではありません。 OPERA はさらに多くのテストを行うべきだったという意見もありましたが、不信任投票までに丸 1 年が経過していました。彼らはあと何ヶ月過ごすべきでしたか？彼らは特殊相対性理論に忠誠を誓っていたので、問題が見つかるまで待たなければならなかったのでしょうか?いいえ、そうすれば、科学者は科学的信条を支持する義務があるというばかげた概念を利用することになります.
おそらく、OPERA コラボレーションの不信任投票によって示されたフラストレーションは、科学者、特に実験家が、何か新しいもの、予測されていないものを見つけたいと思っていること、そしてそれが失敗したときに彼らがどれほど怒っているかを証明しているのかもしれません.
Ereditato さんに、経験全体を振り返ってもらいます。 「社会は白黒が好きです」と彼は答えます。しかし、科学における答えは、常にそれほどきれいに解決されるとは限りません。 「注意が必要です。なぜなら、科学はイエスかノーかを決して言わず、常に多分と言う印象を与えると、人々は『まあ、科学を信用すべきではない』と言うからです。このメッセージをどのように伝えるかは非常にデリケートです。」ほとんどの科学ジャーナリストは科学者ではありません。 「彼らは、科学情報を殺人や誘拐と同じように扱っているふりをしています。」彼自身の役割は？ 「私たちは皆、この分野のアクターであることを学びました。」
現在、Ereditato はベルン大学の高エネルギー物理学研究所の所長であり、さまざまなニュートリノ実験に参加し続けています。一方、OPERA 実験にはさまざまなリーダーがおり、ニュートリノ振動の探索とタウ ニュートリノの収集を続けています。
Ransom Stephens は、物理学者、小説家、技術者、サイエンス ライターです。彼の最初の人気のある科学の本、 左脳は話すが、右脳は笑う:才能とスキル、革新と発見、芸術と科学の神経科学に関する不遜な (しかし正確な!) 考察が、2015 年 10 月に出版されます。
この記事は、2015 年 5 月の「エラー」号に掲載されたものです。
