Zgodovinsko odkritje, ki jima je prineslo Nobelovo nagrado: Nevtrini imajo maso

Nobelovo nagrado za fiziko letos prejmeta Japonec Takaaki Kajita in Kanadčan Arthur B. McDonald za njuno delo na področju raziskovanja nevtrinov oz. za "odkritje nevtrinskih oscilacij, ki dokazujejo, da imajo nevtrini maso", so sporočili v Stockholmu. Kot so dodali, gre za zgodovinsko odkritje.

Švedska kraljeva akademija znanosti se je odločila nagrado podeliti japonskemu in kanadskemu fiziku, ker da sta ključno prispevala k poskusom, ki so dokazali, da se nevtrini spreminjajo, kar pomeni, da imajo maso. "Odkritje je spremenilo naše razumevanje najbolj skritega delovanja snovi in se lahko izkaže za ključno za naš pogled na vesolje," so zapisali.

Približno na prelomu tisočletja je Kajita predstavil svoje odkritje, da so nevtrini iz ozračja na poti v observatorij Super Kamiokande na Japonskem spremenili obliko.

Medtem je raziskovalna ekipa v Kanadi, ki jo je vodil McDonald, dokazala, da nevtrini s Sonca na poti proti Zemlji ne izginjajo. Prav tako spremenjene so jih zaznali, ko so prispeli v observatorij v kanadskem Sudburyju.

Razrešena uganka

Velika uganka, povezana z nevtrini, s katero so se več desetletji ubadali fiziki, je bila tako razrešena. Glede na teoretične izračune števila nevtrinov jih je v meritvah, opravljenih na Zemlji, manjkalo do dve tretjini. Kot sta odkrila poskusa japonskega in kanadskega znanstvenika, so nevtrini dejansko spremenili obliko.

Odkritje je vodilo v zaključek, da morajo imeti nevtrini, ki so dolgo veljali za brezmasne, nekaj mase, čeprav je lahko ta zelo majhna. Za fiziko osnovnih delcev je bilo to zgodovinsko odkritje, ki je ponudilo pomemben vpogled v skorajda skriti svet nevtrinov.

"Poskusi (...) so razkrili prvo očitno razpoko v t.i. standardnem modelu. Postalo je jasno, da standardni model ne more biti popolna teorija tega, kako delujejo temeljni sestavni deli vesolja," je na novinarski konferenci sporočil odbor za podelitev nagrade.

Za fotoni, delci svetlobe, so nevtrini najbolj številčni v celotnem vesolju in nenehno "bombardirajo" Zemljo. Številni nastanejo v reakcijah med vesoljskim sevanjem in Zemljino atmosfero. Spet drugi nastanejo v jedrskih reakcijah znotraj Sonca.

Tisoči milijard nevtrinov vsako sekundo prehajajo skozi naša telesa. Komajda kaj jih lahko ustavi. Nevtrini so najbolj izmuzljivi osnovni delci, še dodajajo v Stockholmu.

Odziva nagrajencev

72-letni McDonald je profesor fizike osnovnih delcev na univerzi v kanadskem Kingstonu. Na klic iz Stockholma se je odzval skromno in je poudaril, da si "nagrado deli s številnimi kolegi, ki so opravili izjemno delo". "Zelo smo zadovoljni, da smo lahko prispevali k znanju sveta," je še dejal.

56-letni Kajita, ki predava na tokijski univerzi, je medtem na klic odbora za podelitev Nobelov nagrad odgovoril, da je za podeljeno priznanje izvedel, medtem ko je pregledoval elektronsko pošto. "Zame je bilo to resnično presenečenje," je dejal in dodal, da vsemu skupaj še vedno "kar malo težko verjame".

Odkritje nevtrinske oscilacije zelo pomembno z dveh vidikov

Odkritje nevtrinske oscilacije, ki dokazuje, da imajo nevtrini maso, je zelo pomembno tako z vidika standardnega modela, ki se je izkazal za nepopolno teorijo, kot zaradi vpliva na kozmologijo, je odkritje, ki si je letos prislužilo Nobelovo nagrado za fiziko, pojasnil docent Tomaž Podobnik s fakultete za matematiko in fiziko.

Kot je dejal, so nevtrini eni izmed osnovnih gradnikov snovi, kar vemo že najmanj od sredine 20. stoletja. Fiziki so vedeli tudi, da so nevtralni, da zelo šibko reagirajo s snovjo in da imajo zelo majhno maso. Desetletja so poskusi kazali celo, da sploh nimajo mase oz. da je manjša, kot bi jo lahko izmerili, je poudaril.

Fiziki so to znanje vtkali v t.i. standardni model, teorijo osnovnih gradnikov sveta, v kateri so nevtrini – obstajajo vsaj tri vrste – brezmasni.

A poskusa, na čelu katerih sta bila letošnja dobitnika Nobelove nagrade za fiziko Japonec Takaaki Kajita in Kanadčan Arthur B. McDonald, sta stvari obrnila na glavo.

Pri poskusu v japonskem observatoriju Super Kamiokande so opazovali nevtrine, ki nastanejo pri trkih protonov iz vesolja z atomi v zgornjih plasteh ozračja. Izkazalo se je, da so nevtrini – ti so potovali v različnih smereh, nekateri tudi proti detektorju Super Kamiokande – spremenili svojo vrsto.

Pri poskusu v kanadskem observatoriju Sudbury Neutrino Observatory so medtem nekaj let pozneje opazovali nevtrine, ki izvirajo iz Sonca. Kot se je izkazalo, so tudi ti zamenjali svojo vrsto.

Spremembe vrste se imenujejo nevtrinske oscilacije, do katerih pa po Podobnikovih besedah lahko pride le, če imajo nevtrini maso. "To je očiten dokaz, da standardni model, ne glede na to, kako uspešen je pri opisovanju pojavov v naravi, ni popolna teorija in ga je treba dopolniti," je dejal.

Poleg vpliva na standardni model – na sliko mikroskopskega sveta – pa se je s poskusi poleg tega izkazalo, da imajo lahko nevtrini znaten vpliv tudi na velike razsežnosti – na kozmologijo, poudarja Podobnik.

"Nevtrini imajo sicer majhno maso, a jih je v vesolju vse polno. Tudi če je njihova masa zelo majhna, se zaradi velikega števila lahko te majhne mase seštejejo v številko, ki lahko znatno vpliva na razvoj vesolja," je še dejal Podobnik, ki deluje tudi na Inštitutu Jožefa Stefana.