Przejdź do treści

Nagroda Nobla z fizyki 2015 za odkrycie oscylacji neutrin

Dzisiaj ogłoszono laureatów Nagrody Nobla 2015 w dziedzinie fizyki. Zostali nimi Arthur B. McDonald (Kanada) oraz Takaaki Kajita (Japonia) za odkrycie oscylacji neutrin, co pokazało że neutrina mają masę.

Wiele neutrin jest tworzonych podczas interakcji pomiędzy promieniowaniem kosmicznym, a ziemską atmosferą. Inne powstają w trakcie reakcji termojądrowych we wnętrzu Słońca. Przez cały czas w każdej sekundzie biliony neutrin przenikają przez nasze ciała bez interakcji z atomami, z których jesteśmy zbudowani. Neutrina to najbardziej nieuchwytne cząstki elementarne. Są bardzo ważne dla fizyki i astrofizyki oraz zrozumienia praw rządzących Wszechświatem. Ich istnienie przewidziano teoretycznie w 1930 roku (Wolfgang Pauli), a eksperymentalnie potwierdzono w 1956 r. (Frederick Reines i Clyde Cowan). Jednym z fundamentalnych problemów w fizyce była kwestia czy neutrina mają masę. Kiedyś uważano że to cząstki bezmasowe, a obecne teorie mówią, że mają bardzo małą masę spoczynkową.

Eksperymenty prowadzone przez grupy badawcze kierowane przez laureatów tegorocznej Nagrody Nobla pokazały, że zachodzą oscylacje neutrin - metamorfozy pomiędzy różnymi rodzajami tych cząstek. Neutrina bowiem występują w trzech rodzajach, mogą różnić się "zapachami" (liczbami kwantowymi nazwanymi przez fizyków "zapachami"). Mamy neutrina elektronowe, mionowe i taonowe.

Mniej więcej na przełomie XX i XXI wieku (a dokładniej w 1998 roku) Takaaki Kajita zaprezentował odkrycie, że neutrina z atmosfery zmieniają się pomiędzy swoimi dwoma rodzajami na drodze do detektora Super-Kamiokande w Japonii. A dokładniej wykazano wtedy, że pomiędzy miejscem pochodzenia, a detektorem znikają neutrina mionowe. W podobnym czasie (rok 2001) grupa badawcza z Kanady, którą kierował Arthur B. McDonald, pokazała iż neutrina pochodzące od Słońca nie znikają w trakcie swojej drogi na Ziemię, a po przekształceniu w swój drugi rodzaj są wykrywane przez Sudbury Neutrino Observatory. W tym przypadku neutrina elektronowe zmieniały się w neutrina mionowe albo neutrina taonowe.

Potwierdzenie, że zachodzą oscylacje neutrin ma daleko idące konsekwencje: neutrina muszą mieć masę, aczkolwiek jest ona niewielka.

Takaaki Kajita

Takaaki Kajita urodził się w 1959 roku w miejscowości Higashimatsuyama w Japonii. Tytuł doktora uzyskał w 1986 na Uniwersytecie Tokijskim. Obecnie jest dyrektorem Instytutu ds. Badań Promieniowania Kosmicznego oraz profesorem Uniwersytetu Tokijskiego w Kashiwa w Japonii.

Arthur B. McDonald
Arthur B. McDonald urodził  się w 1943 roku w Sydney w Kanadzie. Doktorat obronił w 1969 roku w California Institute of Technology w Pasadenie (USA). Obecnie jest emerytowanym profesorem Queen’s University w Kingston w Kanadzie.

Więcej informacji:

Źródło: Nobelprize.org

Rysunki:
1) Schemat wyjaśniający obserwacje neutrin słonecznych w Sudbury Neutrino Observatory w Kanadzie. Rys.: Johan Jarnestad / The Royal Swedish Academy of Sciences

2) Takaaki Kajita, Rys.: Ill. N. Elmehed. © Nobel Media AB 2015.

3) Arthur B. McDonald. Rys.: Ill. N. Elmehed / Nobel Media AB 2015.