Gada Nobela prēmijas laureāti fizikā. Nobela prēmijas laureāts fizikā plāno izmērīt neitrīno masu. maza neitrāla daļiņa

Kanādietis Artūrs Makdonalds un japānis Takaaki Kajita "par neitrīno svārstību atklāšanu, parādot, ka neitrīniem ir masa". Fiziķi pēdējo desmitgažu laikā ir bijuši pārliecināti, ka šai daļiņai ir masa, kas nav nulle, un Zviedrijas Karaliskās Zinātņu akadēmijas lēmums beidzot pielika punktu šim jautājumam.

Vēsturiski neitrīno radās fizikā elementārdaļiņas pirms vairāk nekā 80 gadiem, meklējot risinājumu divām kodolfizikas problēmām: tā sauktajai slāpekļa katastrofai un elektronu nepārtrauktā spektra aprakstam beta sabrukšanas procesā. Pirmā problēma ir saistīta ar faktu, ka zinātnieki uzskatīja par pareizu Rezerforda teoriju, saskaņā ar kuru atoms sastāv no protoniem un elektroniem. Jo īpaši fiziķi nezināja par neitronu esamību un uzskatīja, ka slāpekļa atoma kodols sastāv tikai no protoniem. Tas noveda pie tā, ka pieredze un teorija deva dažādas kodola griešanās (tā kopējā leņķiskā impulsa) vērtības.

Otra problēma - nepārtraukts elektronu spektrs beta sabrukšanas gadījumā (šī sabrukšana izmaina kodola lādiņu par vienu un noved pie elektrona vai tā antidaļiņas - pozitrona emisijas) ir saistīta ar to, ka eksperimentos ar beta sabrukšanu, radušos elektronu enerģijas nepārtraukti mainījās, atšķirībā, piemēram, no diskrēta (pārtraukta) alfa daļiņu (hēlija-4 kodolu) spektra.

Divas problēmas vajāja fiziķus, jo to rezultātā tika pārkāpti saglabāšanas likumi - impulss, leņķiskais impulss un enerģija. Daži zinātnieki, jo īpaši dānis Nīls Bors, pat ir ierosinājuši, ka ir laiks pārskatīt fizikas enerģētiskos pamatus un atteikties no saglabāšanas likumiem. Par laimi, tas nebija jādara.

Visus nomierināja Šveices fiziķis Volfgangs Pauli. 1930. gadā viņš uzrakstīja vēstuli konferences dalībniekiem Tībingenes pilsētā. "Pastāv iespēja, ka kodolos ir elektriski neitrālas daļiņas, kuras es saukšu par "neitroniem" un kurām ir 1/2 spins. "Neitrona" masai pēc lieluma jābūt salīdzināmai ar elektrona masu un jebkurā gadījumā ne vairāk kā 0,01 no protona masas. Nepārtrauktais beta spektrs tad kļūtu skaidrs, ja pieņemtu, ka sabrukšanas laikā kopā ar elektronu izdalās arī "neitrons" – tādā veidā, ka "neitrona" un elektrona enerģiju summa paliek nemainīga, ”ziņoja zinātnieks.

Pauli "neitrons" izrādījās nevis tas neitrons, ko 1932. gadā eksperimentāli atklāja brits Džeimss Čedviks, bet gan teorētiski ieteica padomju fiziķis Dmitrijs Ivaņenko un vācietis Verners Heizenbergs. Tikmēr 1933. gadā Pauli uzstājās Solvay kongresā Briselē, kur viņš pastāstīja savas idejas detaļas, kas "izglāba" enerģijas nezūdamības likumu.

Neitrīno (itāļu valodā "mazais neitrons") tika nosaukts pēc itāļu fiziķa Enriko Fermi, kurš izveidoja pirmo kvantitatīvo beta sabrukšanas teoriju. Tas aprakstīja četru daļiņu mijiedarbību: protonu, neitronu, elektronu un neitrīno. Neitrīno Fermi teorijā neietilpst atoma kodolā, kā uzskatīja Pauli, bet gan beta sabrukšanas rezultātā izlido no tā kopā ar elektronu.

Fermi uzskatīja, ka neitrīno ir neitrāla daļiņa, kas ir vieglāka par elektronu vai pat kuras masa ir vienāda ar nulli. Tomēr viņa teorija nebija renormalizējama (kas noveda pie atšķirībām). Tikai pēc jaunu daļiņu - starpposma vektora bozonu - ieviešanas un elektrovājas teorijas izveidošanas, kas apvieno vāju un elektromagnētisko mijiedarbību, visas neitrīno īpašības saņēma konsekventu teorētisko pamatojumu. Kopš tā laika neitrīno ir kļuvuši par galvenajiem vājās mijiedarbības marķieriem.

Sākot ar neitrīno eksperimentālo atklāšanu 1953.-1956.gadā, ko veica amerikāņu fiziķi Frederiks Reiness un Klaids Koens (pirmais no viņiem par to saņēma Nobela prēmiju 1995.gadā, otrs to nenodzīvoja - viņš nomira 1974.gadā), zinātnieki. bija noraizējušies par diviem jautājumiem. Pirmais ir tas, vai neitrīnos ir masa un vai tiem ir antidaļiņas. Makdonalda un Kadžitas atklājumi ļāva uz šo jautājumu atbildēt apstiprinoši. Jā, neitrīniem ir masa.

Galvenais ieguldījums šajā atklājumā bija Makdonalda un Kadžiti un viņu vadīto komandu darbs. Artūra Makdonalda vadītās Sadberijas neitrīno observatorijas SNO (Sudbury Neutrino Observatory) detektors ļāva novērot saules neitrīno svārstības, savukārt Japānas Super-Kamiokande eksperiments ļāva noteikt atmosfēras neitrīno svārstības.

Neitrīno ļoti maz mijiedarbojas ar vielu: šādas daļiņas vidējais brīvais ceļš ūdenī var sasniegt apmēram simts gaismas gadus. Lai atklātu neitrīnus, ir nepieciešami īpaši jutīgi eksperimentālie iestatījumi, lai izslēgtu citus fona procesus, kas var traucēt neitrīno noteikšanu.

Kanādas detektors Sadberijā atrodas vairāk nekā divus kilometrus dziļās niķeļa raktuvēs. Tā izskatās kā 12 metru diametra lode, kas piepildīta ar tūkstoš tonnām smagā ūdens, ko ieskauj septiņi tūkstoši tonnu parastā ūdens. Sfērā aptuveni pusmetra attālumā atrodas aptuveni 9,5 tūkstoši fotopavairotāju, kas reģistrē neitrīno mijiedarbības produktus ar deitēriju (starp tiem ir protoni, elektroni un neitrīni).

Super-Kamiokande detektors izmanto alas telpu, kas atrodas 250 kilometrus no KEK (Japānas galvenās daļiņu fizikas pētījumu organizācijas). Tajā ir tvertne ar 50 000 tonnu ūdens un tajā ievietoti fotopavairotāji.

Neitrīno svārstības nozīmē viena veida šo daļiņu pārvēršanos citās. Kopumā ir trīs veidu neitrīno (un, iespējams, trīs veidu antidaļiņas, kas tiem atbilst): elektronu neitrīno (vēsturiski pirmais atklātais neitrīno veids), mionu neitrīno un tau neitrīno. Kopā ar elektronu, mionu un taonu tie veido sešus leptonus - bezstruktūras elementārdaļiņu klasi. Hadroni tiek uzskatīti arī par elementārdaļiņām, taču tie sastāv no kvarkiem, kurus asimptotiskās brīvības (neizgrūšanas) fenomena dēļ nevar novērot brīvā stāvoklī.

Neitrīno svārstību problēma radās no astrofizikas – zinātnieki novēroja neatbilstību starp Saules radīto elektronu neitrīno skaitu un daļiņām, kas sasniedz Zemi (apmēram divas trešdaļas šādu daļiņu nesasniedz planētu sākotnējā stāvoklī). To pirmais novēroja amerikāņu fiziķis Deiviss Raimonds (2002. gadā viņš saņēma Nobela prēmiju "par neitrīno astronomijas izveidi"), veicot eksperimentus ar tetrahloretilēna mērķi. Zinātnieki neitrīno deficītu novēroja vairāk nekā vienu reizi, un amerikānis Linkolns Volfenšteins (1976. gadā) un padomju fiziķi Staņislavs Mihejevs un Aleksejs Smirnovs (1986. gadā) piedāvāja tam izskaidrojumu.

Piedāvāto mehānismu sauc par Mihejeva-Smirnova-Volfenšteina efektu. Parādība slēpjas faktā, ka, neitrīnam pārvietojoties vielā, to apkārtējie leptoni izraisa daļiņas tā sauktās efektīvās masas parādīšanos, kas ir atkarīga no neitrīno veida un leptonu blīvuma vidē. Ja neitrīno masas ir vienādas ar nulli vai sakrīt, tad šādam procesam nevajadzētu notikt.

Standarta modeļa (SM) klasiskajā versijā - modernajā un konsekventākajā darba teorijā, kas apraksta visas zināmās elementārdaļiņu mijiedarbības un ir saņēmusi pārliecinošu eksperimentālu apstiprinājumu (beidzas ar Higsa bozona atklāšanu), - neitrīno masa ir nulle. . Tomēr pēdējās desmitgadēs zinātnieki ir veikuši aprēķinus, pieņemot, ka neitrīno masa nav nulle; tas tiek panākts, nedaudz pārveidojot SM, nepārkāpjot tā iekšējo harmoniju.

Teorētiski neitrīno svārstības SM ietver Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata matrica, kuras elementi satur tā sauktos sajaukšanās leņķus (tostarp ir tādi, kas var padarīt neitrīnus par tā sauktajām Majoranas daļiņām, bet vairāk par to zemāk). Šajā ziņā nulles neitrīno masas pieņemšana nekādā gadījumā nenozīmē nekādu fundamentāli jaunu SM paplašinājumu.

Tajā pašā laikā teorētiskajā daļiņu fizikā ir trīs fermionu grupas (tā saucamās daļiņas ar pusvesela skaitļa spinu - neitrīno pieder tām): Weyl, Majorana un Dirac. Hermaņa Veila daļiņas (ko paredzēja vācu zinātnieks 1929. gadā) rodas kā bezmasas Diraka vienādojuma risinājumi (kas savukārt apraksta relativistiskus masīvus fermionus - jo īpaši elektronus un to antidaļiņas - pozitronus). Šajā gadījumā sākotnējais vienādojums sadalās divos, no kuriem katrs tiek saukts par Veila vienādojumu un apraksta bezmasas fermionus ar pretēju spirāli. Ettore Majorana fermioni nav atšķirami no to antidaļiņām. Diraka fermioni ietver visas daļiņas, uz kurām neattiecas Weyl un Majorana definīcija.

Pašlaik visi standarta modeļa fermioni (izņemot neitrīnos) tiek droši uzskatīti par Dirakiem. McDonald un Takaaki atklājums parādīja neitrīno masīvumu, tāpēc šīs daļiņas nav Weyl. Jautājums par to, vai neitrīno daļiņas sakrīt ar to antidaļiņām (tas ir, vai Pauli ierosinātās daļiņas ir Majorana), šobrīd paliek atklāts. Interesantākais sākas, ja izrādās, ka neitrīno nav Diraks, bet gan Majoranas daļiņas.

Zinātnieki var atklāt Weyl fermionus, bet tikai kvazidaļiņu veidā. Fizikas daļiņas tika atklātas eksperimentos par gaismas pāreju caur vienu no tantala arsenīda kristālu formām (arsēna un tantala savienojumiem). Zinātnieki varēja izvēlēties no visa šādu kristālu daudzveidības (to optiskās īpašības ir atkarīgas no krītošā starojuma biežuma) savienojumus ar nepieciešamo. fizikālās īpašības. Materiāls ar šādām kvazidaļiņām var atrast pielietojumu nākotnes datoros.

Jūs varat meklēt Majorana neitrīnos Dažādi ceļi. Visizplatītākais no tiem ir bez neitrīno dubultās beta sabrukšanas meklēšana, kā rezultātā elektriskais lādiņš atoma kodols palielinātos par divām vienībām ar divu beta daļiņu (divu elektronu) emisiju. Dubultā beta sabrukšana ir radioaktīvās sabrukšanas veids, kurā kodola lādiņa skaits palielinās par divām vienībām. Rezultātā kodola masa praktiski nemainās, un papildus veidojas divi elektroni un divi elektronu antineitroni. Bez neitrīno dubultā beta sabrukšanas gadījumā, kā norāda nosaukums, neitrīno (vai antineutrino) netiek ražoti. Tas prasa, lai neitrīno būtu Majorana daļiņas (tas ir, daļiņas, kuru antidaļiņas sakrīt ar daļiņām) un kuru masa nav nulle.

Standarta modelī - mūsdienu teorija daļiņu fizika - bez neitrīno dubultā beta sabrukšana pārkāpj (vispārējā) leptona skaitļa saglabāšanas likumu. Tātad, ja dubultā beta sabrukšanas gadījumā veidojas divas daļiņas un antidaļiņas (piemēram, divi elektroni (leptona lādiņš ir +2) un divi elektronu antineitrīni (leptona lādiņš ir -2)) un tiek saglabāts leptona skaitļa saglabāšanas likums (0=+ 2-2), tad bez neitrīno dubultā beta sabrukšanas gadījumā var veidoties tikai, piemēram, divi elektroni un tiek pārkāpts leptona skaitļa saglabāšanās likums (0≠+2).

Līdz šim zinātnieki nav atklājuši Majorānas neitrīno, un prognozes šeit joprojām rada vilšanos. Majorānas neitrīno meklēšana un mēģinājumi atklāt procesus, kas pārkāpj leptonu un barionu skaitļu saglabāšanas likumus, ir fiziķu vēlme pārsniegt SM: leptonu un barionu skaitļus, atšķirībā no, piemēram, elektriskais lādiņš, nav gabarīta lauka avoti (elektriskā lādiņa gadījumā - elektromagnētiskais lauks). Pašlaik zinātnieki turpina eksperimentus, lai atklātu Majorana neitrīno, un to mērķis ir pārbaudīt dažādas hipotēzes un ierobežojumus SM paplašinājumiem (tostarp supersimetriskajiem un ar papildu telpiskajiem izmēriem).

Tātad, ja Majorana neitrīno tiek ievadīti SM, izrādās, ka ir iespējams panākt ievērojamu progresu, skaidrojot daudzus mūsdienu kosmoloģijas jautājumus, jo īpaši tumšās matērijas problēmu un novēroto matērijas un antimatērijas asimetriju. Neitrīni, pēc daudzu zinātnieku domām, ir piemērots kandidāts karstās tumšās vielas daļiņu lomai - tādām slēptās masas daļiņām, kas pārvietojas gandrīz gaismas ātrumā. Aukstās tumšās vielas daļiņu lomai (kas pārvietojas daudz lēnāk nekā neitrīno) tiek piedāvāts vesels eksotisko daļiņu zoodārzs, ieskaitot vairākas standarta modeļa zināmo daļiņu superpartneru daļiņas.

Masīvie neitrīno, tāpat kā to superpartneri sneitrīni, ir daļa no daudziem SM paplašinājumiem, galvenokārt supersimetriskiem. Supersimetrijā daļiņu skaits tiek dubultots, jo katra zināmā daļiņa ir saistīta ar tās partnerdaļiņu. Piemēram, fotonam - fotons, kvarks - skvarks, higs - higsino utt. Superpartneriem ir jābūt griešanās vērtībai, kas ir pusvesels skaitlis, kas atšķiras no sākotnējās daļiņas spin vērtības – tas nozīmē, ka superpartneriem ir atšķirīga kvantu statistika (bozona daļiņai ir fermiona superpartneris un otrādi).

Tāpēc fiziķi pēta īpašus scenārijus, kas ietver īpašas parametru telpas (daļiņu masas un sajaukšanās leņķu vērtības matricās, piemēram, Cabbibo-Kobayashi-Maskawa kvarku sajaukšanas matricā un Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata neitrīno sajaukšanas matricā). eksperimenti, lai noteiktu supersimetrisko daļiņu pēdas. Neseno eksperimentu laikā Lielajā hadronu paātrinātājā supersimetriskiem modeļiem tika iegūti diezgan stingri teorijas parametru ierobežojumi, taču uz tās pamata joprojām pastāv iespēja izveidot konsekventu daļiņu fizikas modeli.

Daudz noslēpumu, skandālu un slaveni atklājumi, bet par to var runāt ļoti ilgi. Tātad itālis Ettore Majorana pazuda bez vēsts, kuģojot no Neapoles uz Palermo, un Īzaks Pomerančuks, padomju fiziķa Ļeva Landau students, 1955. gadā apsvēra divkomponentu neitrīno (Li Zongdao, Yang Zhenning) teorijas izveidi. un pie tā strādāja arī Abduss Salams) virsotne zinātniskā jaunrade Tavs skolotājs.

2011. gadā OPERA (Oscillation Project with Emulsion-TRacking Apparatus) sadarbība paziņoja par superluminālu neitrīno atklāšanu. Vēlāk zinātnieki atzina savu atklājumu par kļūdainu un atteicās no tā. Rakstnieki neignorēja arī neitrīnus. Staņislava Lema romānā "Solaris" tika aprakstīti "viesi" - saprātīgas būtnes no neitrīno.

Katrs atklājums, kas saistīts ar neitrīno, ir atzīmēts ar Nobela komitejas uzmanību. Un tā nav nejaušība: visa elementārdaļiņu fizikas attīstība 20. gadsimtā ir nesaraujami saistīta ar šo daļiņu, tomēr par to ir zināms ārkārtīgi maz - tikai Higsa bozons ir pētīts mazāk par to. 85 gadus ilgā neitrīno izpētes vēsture neļāva noteikt tā masu, un īpašību necaurredzamība ļāva fiziķiem turpmāko zinātnes progresu saistīt ar šīs daļiņas potenciālo īpašību prognozēšanu.

Nobela prēmija fizikā 2015. gadā tika piešķirta Takaaki Kajita (Japāna) un Arthur Munkdonald (Kanāda) par neitrīno pētījumiem un eksperimentiem šīs elementārdaļiņas masas noteikšanai. Par to Nobela komiteja paziņoja īpašā preses konferencē Zviedrijas galvaspilsētā Stokholmā.

"Atklājums ir mainījis mūsu izpratni par visintīmākajiem procesiem matērijā un var būt izšķirošs mūsu izpratnei par Visumu," teikts komitejas paziņojumā presei.

Nobela prēmijas apmērs šogad ir 953 tūkstoši ASV dolāru. Pētnieki to sadalīs uz pusēm.

Ņemiet vērā, ka neitrīno pētījumi palīdz zinātniekiem ieskatīties dziļajā kosmosā, izsekot zvaigžņu dzīves ciklam un atklāt tālus astronomiskus objektus. Tos izmanto arī Zemes sastāva pētīšanai. Turklāt neitrīno jēdziens tiek izmantots kvantu mehānikā – piemēram, veicot pētījumus šajā jomā, fiziķi cer radīt jaunas tehnoloģijas informācijas pārraidīšanai lielos attālumos un cauri milzīgiem šķēršļiem.

Atgādinām, ka 2014. gadā balvu fizikas jomā saņēma japāņi Isomo Akasaki, Hiroshi Amano un japāņu izcelsmes ASV pilsonis Šudži Nakamura.

Kopumā no 1901. gada līdz mūsdienām Nobela prēmija fizikā piešķirta 108 reizes, ar to atzīmējot 199 zinātniekus. Augstākā zinātniskā apbalvojuma ieguvēji netika paziņoti tikai 1916., 1931., 1934., 1940., 1941. un 1942. gadā.

Jaunākais fiziķis, kurš saņēma Nobela balvu, bija austrālietis Lorenss Bregs. Kopā ar savu tēvu Viljamu Bregu viņš tika pagodināts 1915. gadā par pētījumiem par kristālu struktūru, izmantojot rentgenstari. Zinātnieks Nobela komitejas balsojuma rezultātu paziņošanas laikā bija tikai 25 gadus vecs. Un vecākajam Nobela prēmijas laureātam fizikā amerikānim Raimondam Deivisam balvas piešķiršanas dienā bija 88 gadi. Viņš veltīja savu dzīvi astrofizikai un spēja atklāt tādas elementāras daļiņas kā kosmiskie neitrīni. Vidējais vecums fiziķiem balvas piešķiršanas dienā līdz šodienai bija 55 gadi.

Starp laureātiem-fiziķiem mazākais sieviešu skaits ir tikai divas. Tās ir Marija Kirī, kura kopā ar vīru Pjēru 1903. gadā saņēma balvu par radioaktivitātes pētījumiem (principā viņa bija pirmā sieviete, kas saņēma augstāko zinātnisko apbalvojumu) un Marija Goeperte-Maijere, kura viņai tika piešķirta 1903. 1963 par atklājumiem par kodola apvalka struktūru.

Katru sekundi caur mūsu ķermeni izlido tūkstošiem miljardu neitrīno, bet mēs tos nejūtam un neredzam. Neitrīni steidzas cauri kosmosam gandrīz ar gaismas ātrumu, bet tajā pašā laikā gandrīz nesadarbojas ar matēriju. Daļa neitrīno parādījās šobrīd lielais sprādziens, citi pastāvīgi dzimst kā rezultātā dažādi procesi kas notiek kosmosā un uz Zemes, sākot no supernovas sprādzieniem un lielu zvaigžņu nāves līdz reakcijām, kas notiek atomelektrostacijās. Pat mūsu ķermenī ik sekundi piedzimst aptuveni 5 tūkstoši neitrīno – tas notiek, kad kālija izotops sadalās.

Lielākā daļa neitrīno, kas sasniedz Zemi, ir dzimuši Saules iekšienē kodolreakciju dēļ, kas notiek tās iekšienē.

Pēc gaismas daļiņām - fotoniem - neitrīno ir visizplatītākās daļiņas mūsu Visumā.

Zinātnieki ilgu laiku nebija pārliecināti par neitrīno eksistenci. Kad austriešu fiziķis Volfgangs Pauli (kurš 1945. gadā saņēma Nobela prēmiju fizikā) paredzēja šīs daļiņas eksistenci, tas bija tikai viņa mēģinājums izskaidrot enerģijas nezūdamības likumu neitrona beta sabrukšanas gadījumā par protonu un elektronu.

Drīz itālis Enriko Fermi ( Nobela prēmijas laureāts 1938) formulēja teoriju, kas ietvēra Pauli ierosināto gaismas neitrālu daļiņu, nosaucot to par "neitrīnu".

Tad neviens neiedomājās, ka šī sīkā daļiņa radīs revolūciju gan fizikā, gan kosmosa izpētē.

Pagāja gandrīz ceturtdaļgadsimts, līdz eksperimentāli tika apstiprināta neitrīno eksistence – tas kļuva iespējams tikai pagājušā gadsimta piecdesmitajos gados, kad neitrīnos sāka emitēt topošās atomelektrostacijas. 1956. gada jūnijā divi amerikāņu fiziķi - Frederiks Reinss (Nobela prēmijas laureāts 1995. gadā) un Klaids Kovans nosūtīja Volfgangam Pauli telegrammu, kurā ziņoja, ka viņu detektoram izdevies fiksēt neitrīno pēdas. Šis atklājums beidzot pierādīja, ka spokainais neitrīno, ko dažreiz sauc par "poltergeistu", ir īsta daļiņa.

Noslēpums pusgadsimta garumā

Jautājums par neitrīno dabu radās pēc Raimonda Deivisa eksperimentiem, kuru pamatā bija padomju un itāļu fiziķa Bruno Pontekorvo piedāvātā hlora-argona metode. To dzimšanas mehānisms uz Saules ir zināms jau sen, vienādojumos tika aprēķinātas kodoltermiskās reakcijas un to iznākums, kas nepieciešams, lai Saule "siltītu".

Taču eksperiments parādīja, ka patiesībā tikai aptuveni trešdaļa no prognozēto daļiņu skaita nāk no Saules. Šis paradokss zinātnieku priekšā stāvēja gandrīz pusgadsimtu, tam bija vairāki skaidrojumi. Vienu no tiem (kas izrādījās pareizs, kas sastāvēja no tā, ka neitrīno var pārvērsties no viena veida uz otru) ierosināja Pontecorvo 1957. gadā.

Bruno Maksimovičs Pontekorvo 1957. gadā izvirzīja neitrīno svārstību teoriju. Avots: museum.jinr.ru

Pēc sešiem gadiem, tostarp par šo darbu, zinātnieks saņēma Ļeņina balvu.

"Teorētiķi savos kodoltermisko reakciju vienādojumos neko nevarēja pārvietot, kas nozīmē, ka neitrīni vai nu pazuda, vai pārvērtās par kaut ko," saka Andrejs Rostovcevs, fizisko un matemātikas zinātņu doktors, speciālists elementārdaļiņu jomā.

Grandiozais japāņu eksperiments Super-Kamiokande spēja beidzot atrisināt pusgadsimta noslēpumu. Tā bija milzīga pazemes muca, kas piepildīta ar destilētu ūdeni un caurdurta ar tūkstošiem Čerenkova starojuma detektoru, uz kuriem mūsdienās balstās visi esošie neitrīno teleskopi. Kad to bombardē kosmiskās daļiņas zemes atmosfēra dzimst daudzas sekundārās daļiņas, tostarp neitrīno, galvenokārt mioniskās daļiņas. "Šajā eksperimentā fiziķi iemācījās izmērīt gan elektronu, gan mionu neitrīno, bet pats galvenais - viņi zināja šo daļiņu ierašanās virzienu. Un, zinot attālumu līdz vietai, kur primārā daļiņa iekļuva atmosfērā, viņi redzēja, kā mainās miona un elektronu daļiņu attiecība atkarībā no attāluma, ko viņi nobrauca.

Tas ir, viņi redzēja svārstīgo ainu: ja kādā brīdī piedzima miona neitrīno, tad mēs varam pateikt, cik elektronu un mionu neitrīno būs straumē ik pēc kilometra,” skaidroja Rostovcevs.

2015. gada Nobela prēmijas laureāti fizikā Takaaki Kajita (pa kreisi) un Artūrs Makdonalds. Avots: nobelprize.org

Japānis Takaaki Kajita, kurš otrdien saņēma Nobela prēmiju, strādāja pie Super-Kamiokande. Otrais laureāts ir Arturs Makdonalds, līdzīga zema fona Kanādas eksperimenta SNO (Sudberijas neitrīno observatorija) vadītājs. Ja Japānas eksperimentā tika noķerti augstas enerģijas neitrīno, kuru enerģija pārsniedz 1 GeV, tad Kanādas eksperimentā tika fiksētas mazāk enerģētiskas daļiņas, kas nāk no Saules.

Neitrīno detektors Sadberijas neitrīno observatorijā. Avots: A.B. McDonald (Karalienes universitāte) / Sadberijas Neitrīno observatorijas institūts

Eksperimenti ir parādījuši, ka, kopš neitrīno pārvēršas viens par otru, tiem ir masa, un katrai paaudzei ir sava. Mūsdienās šīm masām ir noteiktas tikai augšējās robežas, un svārstību varbūtība ir proporcionāla masu kvadrātu starpībai.

"Es neteiktu, ka šī bija revolūcija pasaules izpratnē, bet šie zinātnieki paplašināja standarta modeli - lielu parametru kopumu, kura būtību mēs nezinām. Neviens nezina, kāpēc neitrīniem ir nepieciešams svārstīties, tāpat kā neviens nezina standarta modeļa būtību. Balva ir pelnīta, jo pēc Deivisa eksperimentiem šī problēma eksperimentētājiem saskārās kā Higsa bozona problēma. Tie ir nozīmīgi eksperimenti, tāpēc balva ir atradusi savus varoņus,” uzskata fiziķis.

Pareģotāji izpildīja minimālo uzdevumu

Iepriekš Thomson Reuters 2015. gada Nobela prēmijai fizikā izvirzīja Polu Korkumu un Ferencu Kaušu par ieguldījumu attosekundes fizikas attīstībā. Potenciālo kandidātu vidū bija arī Debora Džana, kura ieguva pirmo fermiona kondensātu, un Džons Lins Vans, pjezotronu nanoģeneratora izgudrotājs.

Taču viens no pašreizējiem laureātiem - Arturs Makdonalds - 2007. gadā bija Nobela prēmijas laureātu sarakstā, tāpēc.

2014. gadā par zilo optisko diožu izstrādi Japānas zinātnieki.

Veiksmīgākais PSRS/Krievijai

No pašmāju zinātnes un kultūras figūrām visveiksmīgākie Nobela prēmiju iegūšanas ziņā ir tieši fiziķi.

1958. gadā Pāvels Čerenkovs, Igors Tamms un Iļja Franks saņēma balvu "par Čerenkova efekta atklāšanu un interpretāciju". Četrus gadus vēlāk Levs Landau kļuva par laureātu "par novatoriskām teorijām kondensēto vielu fizikas jomā, īpaši šķidrā hēlija jomā". Divus gadus vēlāk Nobela komiteja atzīmēja Nikolaju Basovu un Aleksandru Prohorovu "par fundamentālo darbu kvantu elektronikas jomā, kā rezultātā tika izveidoti oscilatori un pastiprinātāji, kuru pamatā ir mazer-lāzera princips". 1978. gadā Pjotrs Kapitsa saņēma balvu "par fundamentāliem izgudrojumiem un atklājumiem zemas temperatūras fizikas jomā".

2000. gadā Žoress Alferovs kļuva par laureātu "par pusvadītāju heterostruktūru izstrādi, ko izmanto ātrgaitas un optiskajā elektronikā". 2003. gadā Nobela prēmija tika piešķirta Aleksejam Abrikosovam un Vitālijam Ginzburgam "par viņu novatorisko ieguldījumu supravadītspējas un superfluiditātes teorijā".

Visbeidzot, 2010. gadā, kam Krievijas pase, bet Anglijā strādājošais Konstantīns Novoselovs kļuva par vēsturē jaunāko Nobela prēmijas laureātu par grafēna atklāšanu kopā ar krievu dzimto Andreju Geimu.

Ņemot vērā šo gadu, par Nobela prēmijas laureātiem fizikā kļuvuši 200 zinātnieki.

Nobela prēmijas lielums 2015. gadā būs 8 miljoni Zviedrijas kronu, kas ir 960 tūkstoši dolāru.

Trešdien tiks paziņoti Nobela prēmijas ķīmijā ieguvēji.

Fiziķi, laureāti Nobela prēmija 2015 atklāja parādību nesaderīgi ar vispārpieņemto Standarta elementārdaļiņu modelis. Neatkarīgi viens no otra viņi eksperimentāli to apstiprināja neitrīnam ir masa. Higsa elementārdaļiņu masu veidošanās mehānisms nevar izskaidrot šo parādību. Saskaņā ar standarta modeli neitrīno masai nevajadzētu būt..

Rodas daudz jautājumu, un paveras plašs lauks jauniem pētījumiem.

Arī iekšā 60. gadi pagājušajā gadsimtā Bruno Pontekorvo, slavenais itāļu un padomju(imigrējis uz PSRS 1950. gadā) fiziķis kurš strādāja Apvienotais kodolpētniecības institūts iekšā Dubna, ierosināja, ka neitrīno ir masa, un ierosināja ideju par eksperimentu, lai pārbaudītu šo hipotēzi. To svārstību novērošana var kalpot par pierādījumu masas klātbūtnei neitrīnos. Svārstības ir sistēmas stāvokļa atkārtošanās procesi.

Neitrīniem tas ir atkārtota trīs veidu neitrīno transformācija(elektrons, mions un tau neitrīno) savā starpā. No teorijas izrietēja, ka svārstību periodu ilgumu nosaka neitrīno masu kvadrātu atšķirība, kas pāriet no viena veida uz otru. Tika uzskatīts, ka elektronu neitrīno masa ir mazākā, miona neitrīno ir nedaudz vairāk, bet tau neitrīno ir vēl vairāk. Vērojot svārstības, iespējams novērtēt masu kvadrātu atšķirību un tādējādi pierādīt, ka neitrīno masas pastāv, taču šajā eksperimentā katra neitrīno tipa masu vērtību atsevišķi novērtēt nevar.

Nobela prēmijas laureāts Artūrs Makdonalds pētīja Saules neitrīno plūsmu Sadberijas neitrīno observatorijā Kanādā. Neitrīno plūsmas no Saules ir daudzkārt pētītas dažādās pasaules pazemes observatorijās, un vienmēr ir izrādījies, ka novērotā neitrīno plūsma ir trīs reizes mazāka nekā gaidīts. Paredzamā plūsma tika novērtēta saskaņā ar neitrīno iznākumu no termokodolreakcijām, kas notiek Saules kodolā. Šo reakciju rezultātā no Saules izplūst elektronu neitrīno plūsma. Tieši šāda veida neitrīno detektori spēja atklāt. Jau sen tiek pieņemts, ka ceļā no Saules neitrīno var mainīties no elektroniskajiem uz cita veida. Arturs Makdonalds varēja novērot visu trīs neitrīno veidu plūsmas un parādīt, ka kopumā tās atbilst gaidītajam. Tika parādīts, ka svārstību periods ir īsāks nekā neitrīno plūsmas pārejas laiks no Saules uz Zemi, un šajā laikā lielam skaitam elektronu neitrīno ir laiks pārvērsties par mioniem un tau. Tādējādi eksperimentāli tika atklāts svārstību process un līdz ar to apstiprināts, ka neitrīnam ir masa.

Nobela prēmijas laureāts Takaaki Kajita veica augstas enerģijas neitrīno novērojumus Super-Kamiokande neitrīno teleskopā. Augstas enerģijas neitrīno rodas Zemes atmosfērā kosmisko staru darbības rezultātā. Eksperimentā tika salīdzinātas mionu netrīno plūsmas, kas skāra detektoru tieši no atmosfēras, ar neitrīno plūsmu no pretējās Zemes puses, kas nonāca detektorā visā Zemes biezumā. Izrādījās, ka otrajā plūsmā daži no mionu neitrīno pārvērtās par elektroniem. Tātad tika neatkarīgi pierādīts, ka neitrīno plūsmās notiek svārstības, un līdz ar to neitrīno ir masa.

Patiesībā gan paši procesi, gan to novērojumi ir daudzkārt sarežģītāki par šajā tekstā aprakstītajiem.