Nobel z fizyki za badania nad neutrino

Tegoroczna Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki przypadła Japończykowi Takaaki Kajicie i Kanadyjczykowi Arthurowi McDonaldowi, którym udało się odkryć jak neutrina potrafią zmieniać swój stan zapachowy, dzięki czemu wiemy, że cząstki te posiadają jednak pewną masę.

Neutrina nie posiadają prawie żadnej masy i mają zerowy ładunek elektryczny, a dzięki temu potrafią swobodnie przenikać przez materię tak jakby jej tam nie było - w ciągu jednej sekundy przez obszar o wielkości naszego paznokcia przenika ich 65 miliardów (pochodzących ze Słońca).

Cząstki te wykrywamy w potężnych detektorach takich jak japoński Super-Kamiokande (z niego korzystał właśnie podczas badań Takaaki Kajita), który znajduje się tysiąc metrów pod ziemią w nieczynnej kopalni pod górą Kamioka. Składa się on z cylindra ze stali nierdzewnej o wysokości 41.4 metra i średnicy 39.3 metra, w którym znajduje się 50 tysięcy ton tzw. wody ultra-czystej (dokładnie oczyszczona ze wszystkich związków organicznych). Podzielony jest on na dwa detektory - zewnętrzny (OD) i wewnętrzny (ID), które wyposażone są odpowiednio w 1885 i 11146 fotopowielaczy wykrywających promieniowanie Czerenkowa generowane przez neutrina oddziałujące z elektronami jądra atomu wody - powstaje wtedy cząstka poruszająca się szybciej niż wynosi prędkość światła w wodzie, co my widzimy jako błysk światła.

Neutrina posiadają trzy tak zwane stany zapachowe, w których łączą się z elektronem (neutrino elektronowe), lub cięższymi leptonami - mionem (neutrino mionowe) lub taonem (neutrino taonowe). Przez wiele lat naukowcy głowili się jednak, czemu dociera do nas ze Słońca dużo mniej neutrin niż powinno. I właśnie Kajicie i McDonaldowi udało się odkryć brakujące neutrina - okazało się bowiem, że potrafią one oscylować, czyli samodzielnie zmieniać swój stan zapachowy po drodze ze Słońca do Ziemi, a to wprost przywiodło nas do tego, że neutrina muszą posiadać pewną bardzo niewielką masę.

Odkrycie to było bardzo ważne, bo neutrina są, po fotonach, najbardziej powszechnymi cząstkami we wszechświecie, a lepsze ich zrozumienie pozwoli nam lepiej zrozumieć głębsze działanie otaczającego nas świata. Nobel zatem jest jak najbardziej zasłużony.

Panowie podzielą się nagrodą w wysokości 8 milionów szwedzkich koron (ok. 3.5 miliona złotych) po połowie.

Źródło: