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Wirbel um Fehler bei den überschnellen Neutrinos

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Einen Anfängerfehler unterstellt der niederländische Physiker Ronal A.J van Elburg den Wissenschaftlern der schweizerischen und deutschen Metrologie-Einrichtungen METAS und PTB in seinem Aufsatz "Time-of-flight between a Source and a Detector observed from a Satellite" (PDF-Datei) – und wirbelte damit viel Staub auf. Die Wissenschaftler hätten für die Synchronisation der beiden Uhren bei CERN und dem Gran-Sasso-Labor die relativistische Zeitverschiebung durch die Bewegung der GPS-Satelliten nicht berücksichtigt. Nach seinen Berechnungen kommt er auf einen Korrekturwert von 62 ns, also nahezu genau den Wert, den die Neutrinos nach den OPERA-Messungen zu schnell sein sollen.

Über das verwendete Zeitmessverfahren "Common View", das schon 1980 vom amerikanischen Standardisierungsinstitut NIST entwickelt und seitdem immer weiter verfeinert wurde, hat sich der Autor aber offenbar nicht wirklich informiert. Dr. Thorsten Feldmann von der PTB in Braunschweig, der das Verfahren für GPS Bases Time Link Calibration bei der PTB mit entwickelt hat, schüttelt über van Elburgs Unterstellung nur den Kopf: "Selbstverständlich sind relativistische Effekte bei GPS berücksichtigt. Das ist sogar für relativ ungenaue Messgeräte, wie zum Beispiel ein Autonavi, nötig".

Für die Synchronisation gemäß Common View ist sogar nicht einmal der genaue Zeitpunkt relevant, sondern nur die Laufzeit vom Satelliten zu den beiden Bodenstationen. Schön zusammengefasst kann man den Einfluss relativistischer Effekte in Neil Ashbys Arbeit "Relativity in the Global Positioning System" nachlesen. Der Autor listet hier die durchaus zahlreichen Effekte auf, die sich sowohl auf die Uhren in den Satelliten als auch auf die Laufzeiten der Signale auswirken.

Neben dem relativistischen Dopplereffekt (unter anderem in einem Papier von taiwanischen Wissenschaftlern genau beschrieben), der in etwa das berücksichtigt, was van Elburg offenbar im Sinn hatte, wirkt sich auch die allgemeine Relativitätstheorie aus, insbesondere auf eine Frequenzverschiebung der Satellitenuhren (lustigerweise genau in der anderen Richtung wie die speziellen Relativitätstheorie), aber auch auf die Laufzeit (Shapiro Propagation Delay). Zum Teil liegen diese Einflüsse nur im Picosekundenbereich, die man aber alle berücksichtigen muss, will man bis hinab zu etwa 1 mm genau messen.

Die PTB hat das Messverfahren mit TWSTFT (Zweiwege-Zeitmessung via Kommunikationssatellit) überprüft

(Bild: PTB)

Nicht berücksichtigt hat van Elburg zudem, dass das Messverfahren der Schweizer von den deutschen Kollegen der PTB gegengecheckt wurde. Mit zwei portablen Cäsium-Uhren der PTB wurde es im Rahmen von etwa 2 ns Messungenauigkeit bestätigt. Dabei kam zusätzlich ein Zweiwege-Zeitvergleich (TWSTFT) über einen geostationären Kommunikationsatelliten zum Einsatz, bei dem beide Stationen jeweils ein Signal senden und beide Signale denselben Weg in unterschiedlicher Richtung durchlaufen, wobei sich alle Laufzeitverzögerungen etwa auch durch Tropo-, Iono- und Atmosphäre aufheben (weitere Informationen zu TWSTFT auch bei der PTB).

Dr. Feldmann fand außerdem auch gleich einen Fehler in der Arbeit von van Elburg. In Gleichung (2) werden einfach Satelliten- und Signalgeschwindigkeit klassisch statt relativistisch aufaddiert.

Der Fehler in der OPERA-Messung, falls überhaupt vorhanden, muss also wohl woanders liegen. (as)