Что интересного происходит в науке Голосов: 1 Адрес блога: http://igorivanov.blogspot.com/ Добавлен: 2008-05-17 13:57:21 блограйдером Lurk

Детектор ICARUS измерил скорость нейтрино

2012-03-16 05:35:00 (читать в оригинале)

В сентябре прошлого года коллаборация OPERA сообщила о наблюдении сверхсветового движения нейтрино. Другие нейтринные эксперименты посмотрели на это большими глазами и пообещали перемерять скорость нейтрино на своих установках. Это, конечно, правильно, но это уже будут другие эксперименты, в других условиях. А хотелось бы, так, на всякий случай, перепроверить именно OPERA. Для этого, в идеале, нужно поставить в ту же подземную лабораторию Гран Сассо другой аналогичный нейтринный детектор, который бы отлавливал те же нейтрино, выпущенные из ЦЕРНа.

Так вот, в кустах оказался рояль такой детектор уже там стоит — ICARUS T600 (T600 обозначает, что рабочим веществом является 600 тонн жидкого аргона). Он заработал в 2010 году и даже по-своему отметился в истории со сверхсветовыми нейтрино: в октябре он рапортовал об отсутствии черенковского излучения, которое должны были бы интенсивно излучать эти сверхсветовые нейтрино. Это как бы опровергало данные OPERA, но только косвенно (да и к тому же не все были убеждены, что связь настолько однозначная).

А сейчас тот же ICARUS измерил скорость нейтрино напрямую. Люди там не стали тратить два года на то, чтобы перемерять расстояние от ЦЕРНа и до детектора или синхронизовать время. Они просто взяли результаты измерения времени и расстояния, выполненные OPERA. Зато точные моменты прихода нейтрино они измеряли на своей аппаратуре.

В течение двух недель, с 21 октября по 6 ноября прошлого года ЦЕРН провел специальный сеанс, в котором он «пулял» нейтринные сгустки в специальном режиме, очень короткими выстрелами длительностью около 3 нс. Это было сделано как раз с целью отсечь возможные погрешности OPERA, связанные с фронтами длинного сигнала (подробнее см. в новости и у меня в блоге). OPERA, кстати, тогда сообщила, что новые измерения за эти две недели подтверждают сверхсветовые нейтрино (а на самом деле это значит, что была устранена лишь одна из возможных проблем).

В течение тех двух недель детектор ICARUS тоже набирал данные и поймал семь нейтрино (подробная статистика по каждому их этих семи событий содержится в статье). Результат таков: разница между временем прилета нейтрино и ожидаемым временем прихода светового сигнала в пределах погрешности равна нулю. Распределение по этой разнице времен для ICARUS и для OPERA показано на рисунке.

Распределение по разнице между временем прихода нейтрино и  ожидаемым временем прихода  светового сигнала (изображение из статьи коллаборации ICARUS).

Таким образом, ICARUS прямо опровергает данные OPERA и подтверждает ожидания теории относительности.

Мне, правда, не очень понятно, изменится что-либо в синхронизации времени в свете недавно найденных ошибок в OPERA. Так что проверки на других установках всё равно будут полезны. Но, по-видимому, OPERA — всё.

---

Про пресс-релизы и журналистов

2012-03-14 00:35:00 (читать в оригинале)

Дмитрий Вибе написал на днях любопытную заметку с хорошими примерами насчет дутых «научных сенсаций» в СМИ. Только общий вывод, к которому он приходит, неверен, и я не понимаю, почему это ему не очевидно.

Дмитрий Вибе сетует на то, что излишняя сенсационность часто присутствует уже в пресс-релизах научных организаций. А журналист, мол, видит в сообщении только сенсацию, срывается с катушек («раз ученые позволили себе драматизм, то и я могу!») — и на выходе получается галиматья. И вывод, к которому Дмитрий подталкивает, таков: как бы да, журналисты такие-сякие, никто не спорит, но ученые тоже часто виноваты в перекосах того, как СМИ освещают научные исследования. Так вот, это обман.

Во-первых, пресс-релизы пишут не ученые, а те же самые журналисты, которых организация наняла для этой задачи. В худшем случае это выпускники какого-нибудь факультета журналистики или «школы научной журналистики», в лучшем случае — это люди, которые закончили универ по естественнонаучной специальности (и возможно даже получили какую-то степень!), но дальше не смогли идти в науку. Зато им понравилось писать на публику, чем они и занимаются. Ни тот, ни другой даже близко не считаются учеными, а тем более — учеными, выполнившими эту конкретно работу или досконально разбирающимися в ней.

Во-вторых, в пресс-релизах постоянно втыкают цитаты авторов исследования или прочих «экспертов», и они вроде как вполне поддерживают общее возбуждение. Я уже писал про вред такого цитирования (у меня в блоге есть отдельный тэг «Наука и СМИ»), так вот здесь еще один пример — на этот раз вреда для самих ученых. Когда журналист берет комментарий, он просит, хочет, настаивает выразить это попроще. У ученого обычно есть некая граница, ниже которой он сам по себе не опустился бы в упрощении. Но журналист тащит его вниз, настаивает на дальшейшем сокращении и упрощении, мотивируя это тем, что он, журналист, лучше знает, что требуется публике. Далее, всем хорошо известно, что даже из короткого интервью можно надергать цитат (даже без перевирания!) так, чтоб они подтверждали самые разные утверждения, даже очень далекие от реальности (гуру в этом деле, конечно, тележурналисты). Поэтому написать (специально или нечаянно) пресс-релиз, сильно искажающий реальные результаты работы, но содержащий при этом как бы подтверждающие комментарии экспертов, легко. И тот факт, что потом тычут пальцем в такие пресс-релизы и пеняют на ученых — это тоже прямой вред.

В-третьих, у меня за последние годы было несколько онлайн споров с журналистами, пищущими о науке. Причем с журналистами, которые себя (или друг друга) относят к элите научной журналистики Рунета. Формулировки были разные, но общий вывод тот же: по их мнению, цепочка «пресс-релизы, информагентство, газета» хорошо работает, и они не видят другого способа писать о науке без неё в таких же объемах. Увы! Может быть, это было единственным доступным и худо-бедно работавшим методом 50 лет назад, но уж точно не сейчас, когда информация так легко доступна и читателям, и самим журналистам. Нет, разумеется, если цель — гнать объем и погорячее, то разговора нет. Но если действительно задумываться о качестве, то нет, это не может быть источником качественных новостей науки. Просто потому, что обман начинается уже на самом первом этапе.

Поймите, наука в изложении СМИ — это словно наркоман, сидящий на каких-то ядрёных возбуждающих препаратах. Там нет фазы спокойной жизни, там нет возможности поразмышлять, там постоянно бушуют крайности, драмы и революции. И сложившаяся цепочка «пресс-релизы, информагентство, газета» является хорошо зарекомендовавшим себя поставщиком той информационной наркоты.

Я не призываю идеализировать ученых. Есть и такие, которые сами чрезмерно упрощают научные результаты, искажая смысл. Но это даже близко не такое массовое явление, как институт пресс-релизов.

---

Дополнение про «летающие мушки»

2012-03-11 01:09:00 (читать в оригинале)

Когда я писал свой прошлый пост про близорукость, я почему-то был уверен, что всякие плавающие пятна и волоски, которые видны внутри кружочка боке, — это «мусор» на поверхности глаза. Но мне потом в комментариях неоднократно говорили, что, во-первых, видно их и просто при взгляде на однородно освещенную поверхность, а во-вторых, находятся они вовсе не на поверхности глаза, а внутри стекловидного тела. Я немножко почитал и поделал простые опыты с собой, и вот что я скажу.

floaters или более учёно Posterior Vitreous Detachment, по-русски говорят «летающие мушки» и «деструкция стекловидного тела». Они хорошо известны офтальмологам потому что, во-первых, пациенты часто жалуются на них, а во-вторых, потому что резкое увеличение этих мушек может быть предвестником серьезных проблем с глазами, например, отслоения сетчатки. Из ссылок я еще приведу сайт мушек.нет, краткое руководство для врачей по тому, как отличать безвредных мушек от опасных, и программу-симулятор этих мушек.

Во-вторых, раз я вижу мушек и просто так, на однородном фоне, и внутри боке, как я описывал в прошлом посте, я их могу их сравнить. И выясняется, что внутри боке кроме них есть и другие вкрапления. Вот про эти вкрапления я уж точно уверен, что они на поверхности, потому что

1. я могу их сморгнуть (а мушки только дергаются, но не пропадают),
   
2. я могу их сдвинуть неполным морганием,
   
3. они неподвижны при движении глаз туда-сюда (а мушки от этого плавают).
   

Эти дополнительные «дефекты» внутри боке отличаются от мушек и визуально. Они как правило мельче и круглые (а мушки крупнее и некруглые). Именно они дают отличные многократные дифракционные кольца, гораздо более богатые, чем в пункте 2 в прошлом посте (а от мушек дифракция более размытая). И кроме того, они намного контрастнее мушек; иногда контраст достигает 100%, т.е. в центре геометрическое тени от крупного круглого пятнышка света просто не видно, оно черное.

То, что при взгляде на однородно освещенную стену мушки выглядят как простые тени, без четко выраженной дифракции, а также что не видно этих мелких пятнышек на поверхности, в общем-то неудивительно. Для дифракции нужна досоаточная поперечная длина когерентности света, т.е. маленький угловой размер источника света. А однородно освещенная стена, наоборот, это истчник света очень большого углового размера. Поэтому некоторое преимущество у близорукого человека в этом всё-таки есть :)

Ну и кроме всего этого, я вижу внутри боке и общую рябь, которая остается неподвижной при любых манипуляциях. Вероятно, это какие-то оптические неоднородности внутри хрусталика или других твердых частей глаза.

Кстати, вот тут я нашел описание простого опыта, которые позволит сказать, где именно находятся дефекты — близе к зрачку или близе к сетчатке. Надо взять непрозрачный, например алюминевый лист, сделать в нем очень маленькое отверстие, в темноте поднести его близко к глазу, а с той стороны осветить ярким светом. Глаз пр этом должен смотреть вдаль, а не на дырочку, и тогда эта точка расплывается в круглое боке. Так вот, теперь надо плавно отдалять экран с дырочкой от глаза и смотреть, что происходит с размерами дефекторов. Если они на поверхности глаза, то их угловой размер должен уменьшаться пропорционально уменьшению размера самого пятна боке. Т.е. относительно боке они не изменяются. А если они близко к сетчатке, то их угловой размер почти не изменится, т.е. относительно боке они будут расти. Я еще это не проверял :).

Кстати, насчет разложения в спектр — я забыл сказать в прошлом посте, что спектры у меня получаются такими сильными, потому что у меня очки с высокоиндексными стеклами, у них показатель преломления равен 1,8.

---

Близорукость и физика

2012-03-07 02:09:00 (читать в оригинале)

Если внимательно присмотреться к моему фото в блоге, то можно заметить, что у меня довольно сильная близорукость (в зависимости от глаза и от направления от −12 до −14). В целом это, конечно, неудобно, но у близоруких людей тем не менее есть некоторые оптические преимущества перед «обычными» людьми — мы можем видеть некоторые вещи, которые обычные люди не видят (или не замечают). Так что вот небольшой рассказ с картинками про то, как вижу я. :)

Я конечно не могу приложить фотографии того, как я вижу в реальности, поэтому я буду всё иллюстрировать на фотографических эффектах.

источник):


Применим к нему gaussian blur и получим вот такое изображение:


Так вот, это совершенно непохоже на то, как я вижу без очков! А вижу я примерно вот так (источник):


Отличие в том, что при обычной размазке светлые и темные участки смешиваются в нечто среднее. А при эффекте боке яркие точки расплываются в кружочки, довольно чётко очерченные между прочим, которые просто наползают на темные области. При подходящем освещении это бывает очень красиво. :)

2. Дифракция. На фотографии с боке кружочки выглядят маленькими и однородными. На самом деле при моем зрении эти кружочки большие (примерно 4-5 градусов), и в каждом из них я вижу богатый «внутренний мир». На каждом кружочке есть точки, пятнышки, полоски, иногда плавные, иногда четко очерченные. Примерно вот так, только еще богаче (источник):


Это проявления микроскопических пылинок и ворсинок на поверхности глаза, а также неоднородностей на границах раздела уже где-то в глубине глаза (они дают неподвижную «рябь»). Мне видно, как они эти пылинки плывут по поверхности глаза, как они резко дергаются при моргании и т.д. И что самое красивое — на всех кружочках в поле зрения картина примерно одна и та же, все эти плавные движения происходят синхронно по всему полю зрения. Но изображения в двух глазах, конечно, разные.

Концентрические кольца и прочие узоры, которые окружают пылинки и прочие границы — это проявление дифракции света. Да, дифракция действительно легко видна невооруженным глазом, по крайней мере близоруким людям! Более того, иногда даже видно пятно Араго-Пуассона (максимум яркости в центре геометрической тени) у совсем мелких пылинок (они кстати, на этой фотке видны). За всей этой «жизнью» иногда бывает забавно наблюдать.

3. Неравномерная освещенность. Пятнышко на предыдущем фото всё равно освещено более-менее равномерно. А я в реальности вижу пятна, яркость которых меняется от края к краю. Причем в двух глазах этот градиент яркости совсем не совпадает. Я попытался примерно изобразить то, как я реально вижу расплывчатое пятнышко без очков:


Это, кстати, создает дополнительные проблемы: два глаза «не знают», как им совмещать эти изображения, то ли по контурам кружочка, то ли по центру яркости.

Откуда у меня это берется, я так и не знаю.

4. Расстояние комфортного зрения. При близорукости плохо видны далекие предметы, но зато всё отлично видно вблизи. Более того, видно намного комфортнее, чем для обычного человека, потому что мне не требуется напрягать глаза. У меня расстояние комфортного зрения — 7 см. Т.е. я расслабляю глаз, словно я собираюсь смотреть вдаль, и отлично рассматриваю мельчайшие детали у предмета на расстоянии 7 см. Поскольку я без проблем могу рассматривать предметы так близко и поскольку с сетчаткой у меня всё в порядке, у меня получается выигрыш в «ближней зоркости».

5. Спектральный анализ. И наконец, супервозможность — я умею раскладывать свет в спектр! Посмотрю так боком на источник света и вижу отдельные линии излучения и т.д. Вот примерно так, только не столь четко:


Это умение, конечно, получается благодаря очкам. На краю стекла они выступают в роли призмы, которая раскладывает свет в спектр, и из-за того, что у меня большой минус, это разложение довольно сильное. Я без проблем отличаю лампы накаливания с их сплошным спектром от газовых ламп, вижу отдельные узкие линии излучения, легко отличаю, например, истинно желтый огонек от зеленого+красного. Ну а вкупе с разверткой по времени, которую я тоже умею делать невооруженным взглядом, мне становится доступной времени-разрешенная спектроскопия! В разумных пределах, конечно. :)

Кстати, еще один эффект, связанный с дисперсией света в сильных очках — огоньки разных цветов кажутся мне находящимися на разном расстоянии. При бинокулярном зрении (т.е. при взгляде двумя глазами) это вообще приводит к чудесным иллюзиям. Скажем, синий светодиод на поверхности какого-нибудь девайса для меня выглядит так, словно он висит в воздухе в нескольких сантиметрах над подверхностью. А разноцветная светящаящая неоновая вывеска для меня выглядит смонтированной на нескольких плоскостях.

К сожалению, на этом сверхвозможности близорукости исчерпываются. А жаль, ведь у света есть еще много характеристик :)

---

Что именно сейчас утверждает коллаборация OPERA?

2012-02-24 00:54:00 (читать в оригинале)

По поводу сегодняшних новостей про эксперимент OPERA, которые разлетелись по всем СМИ, я не хотел ничего писать (поскольку реального повода что-то писать пока и нет). Но вот увидел в блоге Матта Страсслера (Of Particular Significance) замечательную диаграмку, которой хочу поделиться. Диаграмка эта не про сам эксперимент, а про то, как его сейчас освещают СМИ.

Что именно сейчас утверждает коллаборация OPERA? Автор изображения Matt Strassler.

По вертикали отложено время, на которое нейтрино якобы опережают световой сигнал. Пять колонок — от a) до e) — разные варианты развития или изложения событий.

a) (синим цветом): Первоначальное заявление коллаборации OPERA: опережение составляет примерно 60 нс и с высокой статистической значимостью отличается от нуля.

b) (розовым цветом): То, что сейчас передают практически все СМИ — якобы найдена ошибка, которая полностью сводит на нет 60-наносекундное опережение. Т.е. утверждается, что измеренная точка сдвинулась вниз (без ухудшения точности) как раз настолько, чтоб измерение полностью совпадало с ожиданиями.

Однако в реальном сообщении OPERA, которое передает ЦЕРН, ничего такого не утверждается. В нем говорится о наличии двух неучтенных ранее проблем, но никакого вердикта не выносится. Поэтому возможны в принципе разные ситуации, например:

• c): значение остается примерно тем же, но ухудшается точность. При этом результат всё еще отличается от ожиданий, но не столь статически достоверно.
  
• d): точность ухудшается настолько, что уже неважно, есть эти 60 нс или нет — всё в пределах ошибки согласуется с ожиданием.
  
• e): проблема такова, что заявленный результат просто теряет доверие, и требуется полностью переделать эксперимент.
  

Возможны и какие-то еще варианты.

Самое главное, что сейчас, на основании краткого сообщения коллаборации OPERA, нет возможности узнать, какой из этих вариантов верен. Поэтому утверждать так, как утверждают большинство СМИ (вариант b), просто неправильно. К сожалению, все эти оттенки СМИ передавать не умеют — у них, как правило, либо «революционное открытие!», либо «всё окончательно объяснено».