bearbeitet: 03.10.2011
ergänzt: 25.02.2012
Erklärung zum Neutrinoexperiment im CERN:
Die Relativitätstheorie ist nicht widerlegt
Eine Überlegung von Dr. Manfred Pohl
Unter der Überschrift "Schneller als das Licht?" findet man im St. Galler Tagblatt vom 24.09.2011 einen Artikel, der
mit folgenden Darstellungen eingeleitet wird:
"Einstein hat vielleicht doch nicht recht: Neutrinos sind schneller als Licht.
Genfer Kernforscher rufen die internationale Wissenschaftsgemeinschaft um Hilfe."
Die Märkische Allgemeine Zeitung schreibt am 29.09.2011 zum gleichen Thema:
"PHYSIK: Ein Weltbild könnte wackeln.
Forscher stellen Teilchen schneller als das Licht fest / Laut Einstein gibt es das aber nicht.
POTSDAM - Die Forscher in dem unterirdischen Labor im Gran-Sasso-Massiv in den italienischen Abruzzen
müssen ihren Augen nicht getraut haben. Was sie da auf ihren Geräten erspähten, könnte das Zeug haben,
Einsteins Relativitätstheorie ins Wanken zu bringen."
Marc Engelhardt aus Genf hat dazu im CERN folgendes recherchiert:
"Manche Forschungsergebnisse dürfte es gar nicht geben, glaubt Antonio Ereditato. "Das Ergebnis ist eine absolute
Überraschung für uns gewesen", sagt der Berner Physikprofessor. Monatelang haben er und die am Genfer
Kernforschungszentrum (Cern) angesiedelte Opera-Forschungsgruppe mehr als 15.000 Messergebnisse untersucht
und keine Fehler gefunden. Trotzdem kann Ereditato die Ergebnisse kaum glauben. Denn wenn sie stimmen, müsste
die Physik ihr geliebtestes - und in zahlreichen Experimenten nachgewiesenes - Fundament aufgeben: die
Relativitätstheorie."
Meine Antwort dazu lautet: Neutrinos sind nicht schneller als das Licht,
die Relativitätstheorie ist mit dem Experiment nicht widerlegt.
Kein Teilchen, gleichgültig, wie es beschaffen ist, kann sich schneller bewegen, als das Licht. Die Vakuumlichtgeschwindigkeit
ist eine Naturkonstante. Sie wird unter anderem dazu verwendet, das Meter als den 299.799.958sten Teil des in einer
Sekunde zurückgelegten Lichtweges im Vakuum zu definieren. Ein genaueres Verfahren gibt es bis heute nicht.
Ungeachtet des Widerspruchs hat die Opera-Forschungsgruppe eine geniale Arbeit geleistet. Es gehört zu den
weltbedeutenden wissenschaftlichen und ingenieurtechnischen Leistungen, ein solches Experiment zu projektieren,
zu planen und in die Praxis umzusetzen. Es ist in seiner Bedeutung dem unten zitierten Experiment vergleichbar. Ich
bin überzeugt, die Versuchsanordnung des Neutrinoexperimentes ist zu 100% exakt in Planung und Ausführung. An
den Messungen und den ermittelten Meßwerten gibt es mit Sicherheit keinerlei Zweifel.
Dennoch liegt ein Widerspruch vor, denn auch Neutrinos können sich nicht schneller als das Licht bewegen. Der Fehler
liegt jedoch nicht in der handwerklichen Ausführung des Experimentes. Er liegt in der Beurteilung der Meßergebnisse.
Um das zu erklären, erwähne ich zunächst ein anderes Experiment:
"Ein gemeinsames Projekt der NASA und der Stanford University sollte die Allgemeine Relativitätstheorie von Einstein
testen. Mit dem am 20.04.2004 gestarteten Gravity Probe B-Experiment wurden vom 28.08.2004 bis zum 29.09.2005
Messungen durchgeführt. Nach der Auswertung der Ergebnisse im Dezember 2008 konnten zwei geprüfte Aussagen
mit bisher unerreichter Genauigkeit bestätigt werden. Der Gravity Probe B (GP-B)-Satellit bestätigte sowohl den
geodätischen Effekt als auch den sogenannten Lense-Thirring-Effekt. Der erste Effekt beschreibt das Phänomen, daß
ein massereicher Gravitationskörper, in dem Fall die Erde, die Raumzeit um sich herum krümmt. Die Erde erzeugt somit
eine Art Delle in der Raumzeit." (Quelle: Wikipedia)
Diese Krümmung der Raumzeit durch die Masse der Erde ist der Schlüssel zur Lösung des Widerspruches. Für einen
Beobachter im Inertialsystem der Erde ändert sich durch die Krümmung der Raumzeit die Länge des Weges der Neutrinos
von der Quelle im CERN bis zum 730 km entfernten Ziel in Gran Sasso, Italien. Dies ist eine scheinbare Verlängerung, die
im Inertialsystem der Neutrinos nicht vorhanden ist. Sie beträgt etwa 18,3 m. Teilt man diese scheinbar verlängerte
Wegstrecke durch die gemessene Zeit von 0,002434975 s, so erhält man eine Scheingeschwindigkeit von c+7,5 km/s,
also 299.799,958 km/s (299.792,458 + 7,5 km/s). Tatsächlich aber bewegen sich die Neutrinos mit der
Vakuumlichtgeschwindigkeit c.
Das Experiment hat durch diese Änderung der Betrachtungsweise an Bedeutung nichts eingebüßt, im Gegenteil, es
hat an Wert gewonnen. Betrachtet man das Experiment unter Berücksichtigung dieser Überlegungen, so bestätigt
es ein weiteres Mal, daß die Masse der Erde zu einer Raumzeitkrümmung führt, also die Relativitätstheorie Einsteins
richtig ist. Für diese Feststellung muß lediglich der Ausgangspunkt der Überlegung geändert werden. Die mit einer
extrem hohen Genauigkeit ermittelten Meßergebnisse erlauben auf einem anderen Wege, die Größe der Krümmung
der Raumzeitkoordinaten durch die Erdmasse rechnerisch zu ermitteln, womit eine Überprüfung und die Bestätigung
der Ergebnisse der Gravity Probe B möglich wird.
03.10.2011,
Dr. Manfred Pohl
Ergänzung vom 25.02.2012
Am 23.02.2012 findet man nun in der Märkischen Allgemeinen Zeitung die folgende Meldung:
"Elementarteilchen doch nicht schneller als Licht?
Genf (dpa) - Ihr Experiment schien Einsteins Relativitätstheorie in Frage zu stellen. Nun, fünf Monate später,
haben die Physiker am Europäischen Teilchenforschungszentrum Cern mögliche Fehler eingeräumt. Ein defektes
Glasfaserkabel und ein GPS-Gerät könnten Ursache für den Messfehler sein.
Ein Team am Cern bei Genf hatte im Jahr 2011 Messergebnisse verkündet, die nahelegten, dass manche
Elementarteilchen doch schneller als das Licht sein könnten. Nun erklärte die Opera-Forschergruppe jedoch,
es seien "zwei mögliche Effekte identifiziert worden, welche die Messung der Neutrino-Geschwindigkeit beeinflusst
haben könnten". Nun seien weitere Tests erforderlich. Die neuen Versuche sollen Mai unternommen werden.
Die Lichtgeschwindigkeit gilt laut Relativitätstheorie als absolute Tempogrenze des Universums. Sie wurde noch
in keinem Experiment eindeutig durchbrochen. Ein Fehler könne die 2011 gemessene Flugzeit der Neutrinos
nach Forscherangaben erhöht, der andere sie erniedrigt haben.
Bei den möglichen Messfehlern geht es konkret um ein Gerät, das für die Synchronisierung von GPS-Daten
eingesetzt wurde und eventuell nicht präzise genug funktionierte. "Er könnte zu einer Überschätzung der
Flugzeit der Neutrinos geführt haben", vermuten die Opera-Wissenschaftler. Zudem steht ein möglicherweise
defektes Glasfaserkabel in Verdacht, durch das die GPS-Signale an den Hauptzeitmesser übertragen wurden,
was in diesem Fall zu einer Unterschätzung der Flugzeit geführt haben könnte.
Bei dem Opera-Projekt war in einem unterirdischen Labor in den Abruzzen die Geschwindigkeit von Elementarteilchen
gemessen worden, die im rund 730 Kilometer entfernten Cern bei Genf erzeugt worden waren. Diese sogenannten
Neutrinos waren dabei scheinbar schneller als das Licht unterwegs, wenngleich nur um 0,025 Promille und damit
extrem geringfügig."
Der Originaltext der Mitteilung aus dem CERN lautet:
"OPERA experiment reports anomaly in flight time of neutrinos from CERN to Gran Sasso
Update 23 February 2012
The OPERA collaboration has informed its funding agencies and host laboratories that it has identified two possible
effects that could have an influence on its neutrino timing measurement. These both require further tests with a
short pulsed beam. If confirmed, one would increase the size of the measured effect, the other would diminish it.
The first possible effect concerns an oscillator used to provide the time stamps for GPS synchronizations. It could
have led to an overestimate of the neutrino's time of flight. The second concerns the optical fibre connector that
brings the external GPS signal to the OPERA master clock, which may not have been functioning correctly when
the measurements were taken. If this is the case, it could have led to an underestimate of the time of flight of
the neutrinos. The potential extent of these two effects is being studied by the OPERA collaboration. New
measurements with short pulsed beams are scheduled for May."
Übersetzung:
OPERA berichtet über Anomalien in der Flugzeit der Neutrinos vom CERN nach Gran Sasso
Aktualisierung vom 23. Februar 2012
Die OPERA-Forschungsgruppe hat seine Forschungsstellen und die teilnehmenden Laboratorien darüber informiert,
daß sie zwei mögliche Effekte, die einen Einfluß auf ihre Neutrino-Zeitmessung haben konnten, identifiziert hat.
Beide erfordern weitere Tests mit einem kurzen gepulsten Strahl. Sollte sich dies bestätigen, würde einer die
Größe des gemessenen Effekts erhöhen, der andere würde ihn verringern. Der erste mögliche Effekt betrifft
einen Oszillator, der den Zeittakt der GPS-Synchronisationen bestimmt. Dies könnte zu einer Höherbewertung
der Flugzeit der Neutrinos geführt haben. Der zweite betrifft einen Lichtwellenleiter-Steckverbinder, der das
externe GPS-Signal an den zentralen OPERA-Zeitgeber liefert, der bei der Ausführung der Messungen möglicherweise
nicht richtig funktioniert hat. In diesem Falle könnte es zu einer Unterbewertung der Neutrino-Flugzeit geführt
haben. Die potentiellen Auswirkungen dieser beiden Effekte wird derzeit von der OPERA-Forschungsgruppe
untersucht. Neue Messungen mit kurzen gepulsten Strahlen sind für Mai geplant.
Bauernopfer?
Neben den Wissenschaftlern wirken in der Opera-Forschungsgruppe auch viele hochspezialisierte Ingenieure mit,
die das äußerst umfangreiche technische Equipement betreiben und dessen präzise Betriebsbereitschaft
gewährleisten. Ich kann nicht recht glauben, daß im Zuge von 15.000 Untersuchungen der Meßergebnisse
keiner dieser Experten einen technischen Fehler, wenn es einen gegeben hat, aufgespürt haben soll.
Mir will nicht aus dem Sinn gehen, daß hier vielleicht eine Lösung bekanntgegeben wurde, die für
die Forschungsgruppe leichter zu verkraften ist. Mit einem technischen Fehler kann man sich arrangieren.
Das Eingeständnis einer wissenschaftlichen Fehldeutung der Ergebnisse präzise ausgeführter
Messungen wäre ganz sicher ein herberer Gesichtsverlust. Wie auch immer, ich will darüber nicht in
die Interna hineinspekulieren. Wichtig ist, daß am Ende eine Fehleinschätzung vom Tisch ist, mit
der man nahe daran war, die gesamte Physik in Frage zu stellen.
25.02.2012
Dr. Manfred Pohl
Und auch so wird darüber berichtet - Im St. Galler Tagblatt vom 27.02.2012 liest man:
"Doch nicht schneller als das Licht
SCHIMPF & SCHANDE
Letzten September gingen Forscher des Cern mit der Meldung an die Öffentlichkeit, sie hätten Elementarteilchen
durch die Erdkruste nach Italien geschickt - und die seien schneller gerast als das Licht. In der Elementarteilchenphysik
hätte das ziemlich viel auf den Kopf gestellt. Denn, wie Einsteins Relativitätstheorie besagt: Nichts kann schneller
sein als das Licht. Ein zweites Experiment schien das erste zu bestätigen. Nun aber meldet das Cern kleinlaut:
Ein schlecht sitzender Stecker habe wohl zu einem Messfehler geführt. Tragisch ist das nicht, nur dumm. Hätten
die Cern-Physiker ihr Experiment gründlich überprüft, wäre ihnen die Blamage erspart geblieben. Statt dessen
wollten sie schnell sein. Zu schnell. (R. A.)"
Aber meine Damen und Herren... Muß man denn gleich so draufhauen? Ein bißchen Mäßigung
stünde auch dem St. Galler Tagblatt gut zu Gesicht.
Dr. Manfred Pohl