« Poprzednia  Następna »

Nagrodę Nobla z fizyki w roku 2002 dostał Raymond Davis Jr. (USA) i Masatoshi Koshiba (Japonia) za detekcję kosmicznych neutrin" oraz Riccardo Giacconi (USA) za pionierski wkład w astrofizykę, dzięki któremu odkryto źródła promieniowania X w kosmosie.

Riccardo Giacconi Urodzony w 1931 r. w Genui we Włoszech. Doktorat uzyskał na Uniwersytecie Mediolańskim z fizyki promieniowania kosmicznego. Po przeniesieniu się do USA początkowo pracował w prywatnej firmie badawczej. Od 1973 roku wykładał astronomię na Uniwersytetecie Harvarda. Tu kierował zespołem, który przygotował, nadzorował i analizował zdjęcia z satelity Einstein. Następnie Giacconi kierował grupą badawczą, która analizowała zdjęcia z kosmicznego teleskopu Hubble'a. Przez sześć lat Riccardo Giacconi szefował Europejskiemu Obserwatorium Południowemu (European Southern Observatory), a od 1999 roku jest prezesem Associated Universities w Waszyngtonie.

Laureaci Nobla z fizyki w 2002r. stworzyli warunki do obserwacji, konstruując urządzenia rejestrujące najbardziej gwałtowne zdarzenia we Wszechświecie. Chodzi o detektory neutrin (dzieło nagrodzonych - Raymonda Davisa i Masatoshi Koshiby) oraz teleskopy promieni X (konstruował je trzeci z laureatów - Riccardo Giacconi). Dzięki nim w kosmosie można obserwować wiele niezwykłych zdarzeń.
Nowe urządzenia do rejestracji neutrin i promieni X odbierają echa eksplozji gwiazd,, wskazują miejsca przebywania czarnych dziur, pozwalają obserwować materię tzw. aktywnych galaktyk.


Kiedy ponad sto lat temu Rentgen odkrył promienie X, w medycynie zastosowano je niemal natychmiast. Astronomia musiała na to czekać pół wieku. Ziemska atmosfera - w przeciwieństwie do tkanek ludzkiego organizmu - jest bowiem dla tych promieni zupełnie nieprzejrzysta i wyłapuje wszystkie, nim dotrą do powierzchni naszej planety. Dzięki temu żyjemy, ale też jesteśmy ślepi na to, co dzieje się w kosmosie.
Dużo promieni X powstaje wtedy, kiedy np. rozgrzana plazma wiruje wokół czarnej dziury, zderza się z powierzchnią gwiazdy neutronowej albo jest porywana przez falę uderzeniową eksplodującej gwiazdy. Źródłem tego promieniowania jest jednak

Rentgenowskie zdjęcie materii wirującej wokół pulsara w Mgławicy Kraba - przesłane przez satelitę Chandra

również nasze spokojne Słońce. Tyle że by to zobaczyć, trzeba wynieść klisze rejestrujące promienie X poza atmosferę, najlepiej na ziemską orbitę. Pierwsze takie eksperymenty wykonano w 1949 roku.
Dziesięć lat później Riccardo Giacconi zaczął zajmować się tą tematyką. Odkrył on pierwszy poza naszą Galaktyką źródło promieni X w kosmosie; był autorem pierwszego ostrego obrazu Słońca w promieniach X; zbudował pierwszy teleskop rentgenowski, który w 1970 roku poleciał na orbitę na pokładzie satelity Uhuru. Jego dziełem był też satelita rentgenowski Einstein.
Z jego inicjatywy podjęto prace przy konstrukcji satelity Chandra, który od trzech lat przysyła na Ziemię najwspanialsze z dotychczasowych rentgenowskie zdjęcia nieba. To dzięki nim niemal na 100 proc. udowodniono istnienie czarnych dziur. Promieniowanie X dobiega bowiem z samej krawędzi (horyzontu) tych dziwnych tworów, ukazując ich naturę i dokładnie potwierdzając przewidywania teoretyków.

Raymond Davis Jr. Urodzony w 1914 roku w USA. Ukończył w 1940 roku Uniwersytet Maryland, a w 1942 roku obronił pracę doktorską z chemii fizycznej na Uniwersttecie Yale. Po wojnie, w czasie której służył cztery lata w armii, pracował Brookhaven National Laboratory na wyspie Long Island. Tam wymyślił pionierską metodę chwytania neutrin słonecznych za pomocą tetrachloroetylenu (PERC) - popularnego płynu używanego m.in. do prania chemicznego. Opracował sposób wyławiania pojedynczych atomów argonu ze zbiornika zawierającego 615 ton tej cieczy. Na początku lat siedemdziesiątych został członkiem zespołu NASA analizującego próbki księżycowego gruntu przywiezionego z historycznej misji Apollo 11. Na emeryturę przeszedł w 1984 roku, ale nadal pracuje na Uniwersytecie Pensylwanii w Filadelfii.

Druga połowa Nagrody Nobla przypadła naukowcom, którym udało się wyśledzić neutrina - jedne z najbardziej ulotnych i tajemniczych cząstek we Wszechświecie.
Po raz pierwszy odkryto je w latach trzydziestych na drodze teoretycznej. Naukowcom po prostu nie zgadzał się rachunek. Bilans energii na początku jednej z reakcji jądrowych nie zgadzał się ze stanem końcowym. Niektórzy nawet chcieli pogodzić się z łamaniem podstawowego prawa przyrody - zasady zachowania energii. I wtedy niemiecki fizyk Wolfgang Pauli wymyślił, że wszystko będzie się zgadzało, jeśli w reakcji powstaje dotąd nieznana cząstka. Uczeni nazwali ją neutrino i wzięli się do jej poszukiwania. Bez sukcesów. Neutrina nie mają ładunku elektrycznego i jak się okazało są praktycznie przezroczyste dla materii. To oznacza, że przez nasze ciało w każdej sekundzie przechodzą tysiące miliardów neutrin, a my tego nie czujemy. Dlatego udało się zaobserwować neutrina dopiero w 1956 roku, kiedy detektor neutrin ustawiono tuż za reaktorem jądrowym produkującym olbrzymi strumień tych cząstek.

Detektor SuperKamiokande zawierający 50 000 ton czystej wody w walcowatym zbiorniku, którego wysokość sięga 50m, a otacza go kilkanaście tysięcy fotopowielaczy. Neutrina oddziaływają z wodą, zmieniając się w elektrony lub miony. Te z kolei wysyłają w wodzie promieniowanie Czeremkowa rejestrowane przez otaczające zbiornik fotopowielacze. Dokładna analiza sygnału pozwala na identyfikację cząstki (elektronu i mionu) i pomiar jej pędu.

Wtedy zdano sobie sprawę, że są one wspaniałym świadkiem kosmicznych wydarzeń. Po pierwsze - jako uboczny produkt reakcji przemiany wodoru w hel - powstają we wnętrzu gwiazd (także Słońca). Neutrino, które rodzi się w środku Słońca, dociera do Ziemi już po upływie 8,3 min, podczas gdy foton światła musi przedzierać się stamtąd ku powierzchni gwiazdy ponad milion lat. Neutrina więc lepiej niż światło zdradzają, co się aktualnie dzieje w gwiezdnym wnętrzu. Po drugie unoszą ze sobą większą część ogromnej energii eksplozji, w której umierają największe gwiazdy (tzw. supernowe). I docierają do Ziemi niemal niezatrzymywane.
Pionierem badań neutrin był Raymond Davis z Brookhaven. W latach sześćdziesiątych zbudował ogromny zbiornik o pojemności 680 tysięcy litrów i wypełnił go związkiem chloru (C2Cl4 = PER) używanym w pralniach chemicznych. Neutrina przylatujące ze Słońca miały zostać wykryte dzięki temu, że ich przejście przez ciecz zmieniało atomy chloru w radioaktywny argon. Dokładniej neutrina odziałując z neutronem zawartym w chlorze powodowały powstawanie protonu i tworzył się atom radioaktywnego argonu. Wystarczyło co jakiś czas zliczać nowo powstałe atomy argonu. By wyeliminować wszelkie źródła zakłóceń, Davis umieścił zbiornik w kopalni złota w Południowej Dakocie na głębokości 1500 m. Po raz pierwszy udało mu się złapać neutrina ze Słońca w 1968 roku. Rejestrował średnio jedno na dwa dni. Trzy razy mniej, niż wynikało z obliczeń.
W tym czasie podobny eksperyment zaplanował Masatoshi Koshiba. W japońskich Alpach na północ od Tokio, kilometr pod powierzchnią ziemi, w sztolniach starej kopalni cynku zbudował jedno z najdziwniejszych laboratoriów świata nazwane Kamiokande, a potem SuperKamiokande. Jego najważniejszą częścią jest pułapka na neutrina czyli wielki

Masatoshi Koshiba Urodzony w 1926 r. w Toyohashi w Japonii. Magisterium z fizyki zrobił na Uniwersytecie Tokijskim. Doktorat obronił w 1955 r. na amerykańskim Uniwersytecie Rochester, Nowy Jork. Życie zawodowe związał z Uniwersytecie Tokijskim, na którym wykładał od roku 1970 do czasu przejścia na emeryturę 31 marca 1987 r. Koshiba zbudował podobny detektor, który potwierdził badania Davisa. W starej kopalni Kamioka zbudował kolejno detektory neutrin Kamiokande i SuperKamiokande. W 1987 roku wykrył neutrina pochodzące z eksplozji odległej supernowej. Poza macierzystą uczelnią wykładał też na Uniwersytecie Tokai w Japonii, w szwajcarskim CERN-ie i na Uniwersytecie George'a Washingtona w USA.

cylinder wypełniony 50 tysiącami ton krystalicznie czystej wody i otoczony 11 tysiącami fotopowielaczy rejestrującymi najmniejszy błysk światła. Taki błysk oznacza, że przybywające z kosmosu neutrino trafiło w cząsteczkę wody. Bowiem przy zderzeniu neutrina elektronowego z protonem (jądrem atomu wodoru) powstaje elektron. Jeśli taka reakcja zachodzi z protonem zawartym w zbiorniku wodnym to powstałe cząstki poruszają się szybciej niż prędkość światła w wodzie i powstaje promieniowanie Czerenkowa, które może być rejestrowane w detektorach. Jest to sposób obserwacji neutrin, widoczne są więc one jedynie pośrednio poprzez produkty reakcji, w których biorą udział.
Detektor Koshiby potrafił nie tylko wykryć neutrina, ale i określić kierunek, z którego nadlatywały. W 1987 roku SuperKamiokande nieoczekiwanie zarejestrował też strumień neutrin dobiegających z eksplozji supernowej (którą dopiero potem dostrzeżono w teleskopach optycznych). Wtedy jeszcze nie było wiadomo, czy neutrino jest nieważkie jak cząstki światła - fotony - czy też ma masę jak elektron czy proton.
Zespołowi Koshiby udało się również ustalić, że neutrina mają masę co prawda bardzo małą, ale w kosmosie jest ich tak dużo, że łączna masa tych niepozornych cząstek może mieć wielki wpływ na ewolucję Wszechświata.

---

« Poprzednia  Następna »