Nagrody
Nagroda Nobla z fizyki w 2015 roku
Nagrodę Nobla z fizyki w 2015 roku otrzymali Takaaki Kajita (Japonia) i Arthur B. McDonald (Kanada) za odkrycie oscylacji trzech rodzajów neutrin (jest to własność powodująca, że w locie potrafią zmienić się one jedne w drugie), co dowodzi, że mają one masę.
![]() |
Taka reakcja zachodzi w jądrze Słońca: dwa protony łączą się w deuter i powstaje pozyton oraz neutrino elektronowe
|
Neutrina są to bardzo tajemnicze cząstki o bardzo małej masie (około milion razy mniejsza od masy elektronu), obojętne elektrycznie, dlatego też słabo oddziaływają z materią (przelatują przez ciała praktycznie bez przeszkód) i dlatego są trudne do wykrycia. Obecnie znamy trzy rodzaje neutrin (elektronowe, mionowe i taonowe) należące do trzech rodzin cząstek elementarnych zwanych leptonami.
![]() |
W rozpadzie beta minus potasu-40 powstaje antyneutrino elektronowe
|
![]() Takaaki Kajita
Urodził się w 1959 r. w Higashimatsuyamie w Japonii. W 1981 r. ukończył fizykę na niedalekim Uniwersytecie w Saitamie. Pięć lat później zrobił doktorat na Uniwersytecie Tokijskim pod kierunkiem Masatoshi Koshiby (twórca detektora Super-Kamiokande), i to z tą uczelnią jest związany do dziś. W 1988 r. został zatrudniony w uniwersyteckim Instytucie Badań Promieniowania Kosmicznego. To tam w 1999 r. zdobył profesurę. W tym samym roku został szefem należącego do instytutu Centrum Neutrin Kosmicznych, a następnie dyrektorem całego instytutu. Od 2010 roku kieruje budową detektora fal grawitacyjnych, których jeszcze nie wykryto. |
Istnienie neutrin najpierw zostało przewidziane teoretycznie przez Wolfganga Pauliego w 1930 r. Pauli wyciągnął wniosek o istnieniu tej cząstki na podstawie analizy rozkładu energii elektronów powstających w rozpadzie beta substancji promieniotwórczych. Eksperymentalne potwierdzenie istnienia neutrin nastąpiło dopiero w roku 1956 przez dwóch amerykańskich fizyków: Fredericka Reinesa i Clyde Cowana. Frederick Reines za odkrycie neutrina w 1995 roku otrzymał nagrodę Nobla z fizyki (Clyde Cowan wcześniej zmarł w 1874 roku) wraz z Martinwm Perlem, odkrywcą taonu czyli leptonu tau. Nagrodę Nobla za badanie własności neutrin przyznano jeszcze dwa razy. W 1988 roku Leona Ledermana, Melvina Schwartza oraz Jacka Steinbergera nagrodzono za odkrycie neutrina mionowego, a w 2002 roku Raymond Davis i Masatoshi Koshiba (opracował konstrukcję detektorów neutrin Kamiokande i SuperKamiokande) otrzymali nagrodę Nobla za wkład w rozwój astrofizyki w szczególności za detekcję neutrin kosmicznych.
![]() Arthur B. McDonald
Urodził się w Sydney (w Nowej Szkocji w Kanadzie). Ukończył wydział fizyki Dalhousie University w Halifax w 1965 r. Doktorat z fizyki obronił na California Institute of Technology w Pasadenie. W latach 1970 - 1982 był pracownikiem naukowym ośrodka badań energii nuklearnej Chalk River Nuclear Laboratories niedaleko Ottawy. Od 1982 do 1989 r. był profesorem fizyki w Princeton University, a od 1989 roku Queen's University w Kingston w stanie Ontario. Tam został szefem tamtejszej katedry badań i dyrektorem Sudbury Neutrino Observatory Institute (SNO). |
Detektor Super-Kamiokande albo Super-K został oddany do użytku w 1996 roku na miejscu poprzednio pracującego w latach 1983-1995 mniejszego detektora Kamiokande. Ulokowany on został w kopalni na głębokości 1000metrów niedaleko miejscowości Kamioka w Japonii. Zbiornik detektora zawiera 50 000 ton wody. Gdy neutrino zderza się z cząsteczką wody powstałe cząstki poruszają się szybciej niż prędkość światła w wodzie (jest ona 1,33 razy mniejsza niż prędkość światła w próżni) i powstaje wtedy tak zwane promieniowanie Czerenkowa, Fala elektromagnetyczna jest emitowana tylko w ściśle określonym kierunku leżącym pod kątem ostrym do kierunku ruchu cząstki. Promieniowanie to można zarejestrować za pomocą fotopowielaczy.
![]() |
Wnętrze detektora Super-Kamiokande
|
Punktem wyjścia do wykrycia oscylacji neutrin jest rozbieżność pomiędzy zmierzoną liczbą neutrin słonecznych docierających do Ziemi ze Słońca a teoretycznym modelem wnętrza Słońca. W jądrze Słońca zachodzą reakcje termojądrowe w cyklu p-p. W tym procesie powstają jedynie neutrina elektronowe. Oszacowano intensywność zachodzenia tej reakcji, a więc i ilość neutrin, które powinny dotrzeć do Ziemi. W różnych eksperymentach liczba wykrywanych neutrin stanowiła jedynie około jedną trzecią liczby neutrin przewidzianych teoretycznie. Wynikało z tego, że błędny był albo model Słońca, albo model oddziaływań neutrin. Problem ten został nazwany problemem neutrin słonecznych.
![]() |
Podziemny detektor neutrin: Sudbury Neutrino Observatory (SNO)
|
Bardziej bezpośredni dowód powstał w 2002 roku w Sudbury Neutrino Observatory (SNO) w Kanadzie, kierowanym przez drugiego noblistę - Arthura B. McDonalda. Wykryto tam wszystkie typy neutrin docierających do Ziemi ze Słońca. Stało się także możliwe odróżnienie neutrina elektronowego od pozostałych typów. Po wnikliwej analizie statystycznej określono, że około 35% neutrin słonecznych to neutrina elektronowe. Reszta to pozostałe dwa typy. Całkowita liczba wykrytych neutrin dość dobrze zgadza się z przewidywaniami teoretycznymi na temat fizyki wnętrza Słońca. W marcu 2006 roku swe pierwsze dane opublikowała grupa badawcza eksperymentu MINOS prowadzony w USA jednocześnie w Fermilabie i w kopalni w Minnesocie.. Potwierdzają one jeszcze dokładniej wyniki poprzednich badań.
Odkrycie zjawiska oscylacji neutrin dowiodło, że te cząstki - przez dziesięciolecia uważane za pozbawione masy - jednak ją mają, choć to bardzo mała masa. Oznacza to, że dotychczasowy Model Standardowy, wyjaśniający wzajemne oddziaływania cząstek tworzących Wszechświat, trzeba zmodyfikować. Odkrycia dotyczące neutrin mogą zmienić nasze poglądy na przeszłość, strukturę i przyszłość Wszechświata.
Opracowano na podstawie internetowych informacji zamieszczonych w serwisie naukowym Gazety Wyborczej, serwisie naukowym portalu Onet i materiałów z Wikipedii.
Następna » |