Oscar nauki za masę

Nagroda Nobla z fizyki przyznana została dwóm szefom potężnych zespołów badawczych, które zajmowały się badaniem najbardziej nieuchwytnej cząsteczki elementarnej we Wszechświecie. Udowodnili, że neutrino ma masę, czym wywrócili stosowany od lat Model Standardowy.

06.10.2015

Czyta się kilka minut

Laureaci nagrody Nobla z Fizyki 2015: 2015 Takaaki Kajita i Arthur B. McDonald /  / Fot. AFP PHOTO / JONATHAN NACKSTRAND
Laureaci nagrody Nobla z Fizyki 2015: 2015 Takaaki Kajita i Arthur B. McDonald / / Fot. AFP PHOTO / JONATHAN NACKSTRAND

Dziś, 6 października, ogłoszono, że medale za odkrycia z dziedziny fizyki otrzymają Japończyk Takaaki Kajita z zespołu Super Kamiokande i Arthur B. McDonald z kanadyjskiego Sudbury Neutrino Observatory. To dwaj fizycy eksperymentalni, zwani w polskim środowisku naukowym „doświadczalnikami”. To tak dla równowagi, bo w zeszłym roku Oscara Nauki zdobył teoretyk, pan Higgs, za to, że opracował model cząsteczki, którą później złapano w laboratorium.


CZYTAJ TAKŻE:


Obydwa zespoły zajmują się detekcją neutrin, cząsteczek elementarnych, które pod względem liczebności są drugą po fotonach nacją zaludniającą Wszechświat. I choć w każdej sekundzie tryliony neutrin przelatują przez każdy centymetr sześcienny powietrza, na Ziemi nie jesteśmy w stanie zwykłymi metodami odkryć ich istnienia. To, że w ogóle się udało to cud. Wolfgang Pauli, któremu nie zgadzały się rachunki mas przy rozpadzie radioaktywnym zaproponował, że brakująca energia (Einstein pokazał, że masa i energia są ze sobą związane, a kurs wymiany wynosi c2) jest unoszona przez niewykrywalną cząsteczkę, którą później Enrico Fermi nazwał neutrinem. Pauli wcale nie był zadowolony z takiego rozwiązania, które wynikało z konieczności ratowania zasady zachowania energii, nadrzędnej reguły fizyki. Twierdził, że zrobił rzecz straszną – zaproponował istnienie cząstki, której fizycy nigdy nie odkryją.

Na szczęście „doświadczalnicy” to twardzi ludzie, dla nich słowo „nigdy” nie istnieje. Trochę ponad 20  lat po zaproponowaniu istnienia neutrina udało się w latach 50. ubiegłego wieku „złapać” je za rękę, a dokładnie odkryć ślad przejścia przez zbiornik ultra czystej wody. Odkrywcy neutrina, Frederick Reines (nagroda Nobla w 1995) I Clyde Cowan wykorzystali fakt, że skoro neutrin jest tak wiele i poruszają się z tak ogromną prędkością (równą prędkości światła) to od czasu do czasu któreś z nich musi trafić w jądro atomu wodoru w wodzie, a co za tym idzie - spowodować jego rozpad. Rozpad z kolei powoduje miniaturowy rozbłysk, zwany światłem Czerenkowa, który można zarejestrować za pomocą odpowiednio czułych detektorów. Do dziś detektory neutrin działają wedle tej zasady – ogromny zbiornik bardzo czystej wody obłożony jest detektorami światła. Na przykład Super-Kamiokande to 50 milionów litrów wody tak czystej, że snop światła traci połowę jasności dopiero po 70 metrach (pomyślmy o naszych jeziorach).

Samo odkrycie neutrina zostało uhonorowane nagrodą Nobla w 1995 roku, tegoroczny medal został przyznany za badania nad niezwykłą ich własnością, zwaną oscylacją.

Wszystko zaczęło się w latach 90. ubiegłego wieku, kiedy fizycy nauczyli się odróżniać typy neutrin (są w sumie trzy rodzaje zwykłych neutrin, plus ich antycząsteczki). Z rachunków wynikało, że na Słońcu powstaje tylko jeden ich rodzaj – neutrina elektronowe. Ale gdy zaczęto sprawdzać ile neutrin elektronowych dociera do Ziemi ze słońca okazało się, że brakuje ich bardzo dużo, aż 2/3. To zbyt dużo jak na błąd w pomiarach albo rachunkach. Jedną z propozycji była tak zwana oscylacja, to znaczy zmiana rodzaju neutrina w trakcie podróży. To dziwny pomysł, bo można go porównać do piłki, która lecąc zmienia się z piłki tenisowej w futbolową, potem pingpongową i tak w koło. Ale nie takie pomysły przechodziły we współczesnej fizyce, więc i ten zaczęto badać. Z rachunków wynikało, że w zasadzie wszystko jest możliwe, pod warunkiem, że neutrino ma masę. Tyle tylko, że Model Standardowy, dotychczas dobrze działająca metoda opisu świata cząstek elementarnych, zakładał, że neutrino nie ma masy. Słowem, jeśli rzeczywiście mamy do czynienia z oscylacją neutrin, to trzeba przerobić Model Standardowy, czyli zacząć pisać fizykę cząstek elementarnych od nowa. No i stało się – w 1998 i 2001 roku przeprowadzono dokładne eksperymenty, które udowodniły, że neutrina mają masę. Słowem przewrót na miarę kopernikańskiego dla wszystkich fizyków cząsteczkowych na świecie, dogłębnie badających Model Standardowy (czyli pewnie w sumie ze 300 ludzi). A to oznacza, rzecz jasna, że odkrycie jest wystarczająco doniosłe, by uhonorować je nagrodą Nobla, co niniejszym się wydarzyło.

Na szczęście nie ma tego złego, co by na dobre nie wyszło. Jeśli neutrina mają masę (a wciąż nie wiemy jaką, to pole do popisu dla naukowców na miarę następnego Nobla) to są znakomitymi kandydatami do rozwiązania zagadki ciemnej materii, czyli problemu zaprzątającego głowę astrofizykom: dlaczego materia którą widzimy stanowi 10% materii Wszechświata, a pozostałe 90% masy jest niewidzialne.

Tak czy inaczej Kajita i McDonald namieszali w fizyce na tyle mocno, że uznano ich za godnych najbardziej prestiżowego wyróżnienia, jakie może dostać naukowiec. 

Dziękujemy, że nas czytasz!

Wykupienie dostępu pozwoli Ci czytać artykuły wysokiej jakości i wspierać niezależne dziennikarstwo w wymagających dla wydawców czasach. Rośnij z nami! Pełna oferta →

Dostęp 10/10

  • 10 dni dostępu - poznaj nas
  • Natychmiastowy dostęp
  • Ogromne archiwum
  • Zapamiętaj i czytaj później
  • Autorskie newslettery premium
  • Także w formatach PDF, EPUB i MOBI
10,00 zł

Dostęp kwartalny

Kwartalny dostęp do TygodnikPowszechny.pl
  • Natychmiastowy dostęp
  • 92 dni dostępu = aż 13 numerów Tygodnika
  • Ogromne archiwum
  • Zapamiętaj i czytaj później
  • Autorskie newslettery premium
  • Także w formatach PDF, EPUB i MOBI
89,90 zł
© Wszelkie prawa w tym prawa autorów i wydawcy zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów i innych części czasopisma bez zgody wydawcy zabronione [nota wydawnicza]. Jeśli na końcu artykułu znajduje się znak ℗, wówczas istnieje możliwość przedruku po zakupieniu licencji od Wydawcy [kontakt z Wydawcą]
Urodzony w 1971 r. Dziennikarz naukowy, stały współpracownik „Tygodnika Powszechnego”. Absolwent Wydziału Matematyki, Informatyki i Mechaniki Uniwersytet Warszawski (kierunek matematyka). W latach 80. XX w. był współpracownikiem miesięcznika komputerowego „… więcej