avagy
Kik és pontosan milyen munkával érdemelték ki idén a Fizikai Nobel-díjat?
Ha eddig nem csengett ismerősen a japán Kadzsita Takaaki és a kanadai Arthur B. McDonald neve, nem csodálkoznék, de ezen cikk elolvasása után biztos leszek benne, hogy megjegyzed őket, hiszen nekik ítélték idén a Fizikai Nobel-díjat. Engedd meg, hogy röviden bemutassam őket!
Az 1959-ben született Kadzsita Takaaki a Szaitamai Egyetemen 1981-ben diplomázott, doktori disszertációját 1986-ban védte meg a Tokiói Egyetemen. A részecskefizikus 1988 óta dolgozik az egyetem kozmikussugár-kutató intézetében (ICRR), amelynek Kamiokande, majd Super-Kamiokande neutrínóobszervatóriumában végzett kutatások során fedezték fel a neutrínóoszcillációt. 1999 óta a Tokiói Egyetem professzora és az ICRR igazgatója.
A 62 éves kanadai Arthur B. McDonald a pasadenai Kaliforniai Műszaki Egyetemen szerezte PhD tudományos fokozatát 1969-ben. A Princeton Egyetem professzora volt 1982 és 1989 között. A kanadai Sudbury Neutrínóobszervatóriumban folytatott tudományos kutatásai erősítették meg a fent említett kvantummechanikai jelenséget. A felfedezésért 2007-ben Benjamin Franklin-medált kapott. Jelenleg a kingstoni Queen’s Egyetem professzora.
De lássuk is, hogy mivel érdemelték ki ezt – a tudósok által hőn áhított – elismerést?
A Svéd Királyi Tudományos Akadémia indoklása alapján eme két fizikus kulcsszerepet játszott a neutrínóoszcilláció felfedezésében, és ezáltal annak bizonyításában, hogy a neutrínóknak van tömegük.
Mint azt tudjuk a neutrínó (más néven szellemrészecske) csak gyenge kölcsönhatásban vesz részt, így erős kölcsönhatásban nem kimutatható. Elektromos töltése nincs, semleges, emiatt elektromágneses kölcsönhatásban sem vesz részt. Ez a magyarázata annak, hogy a neutrínó közömbös az anyaggal szemben. Egy fényév vastagságú ólomfalon a neutrínóknak mintegy fele haladna át úgy, hogy még egy atommal sem ütközne. A számomra legérdekesebb tény ezzel a részecskével kapcsolatban, hogy másodpercenként több ezer milliárd halad át belőle a testünkön. Így hát nem lep meg, hogy Kadzsita Takaaki és B. McDonald is jobban beleásta magát a neutrínó körül keringő „ködfelhőbe”.
A neutrínóoszcilláció egy kvantummechanikai jelenség, amely során a neutrínó három fajtája – az elektron-, a müon- és a tau-neutrínó – átalakul egymásba. Ez az átalakulás megköveteli, hogy a neutrínóknak legyen tömegük.
A Nobel-díj bizottság szerint a felfedezés megváltoztatta az anyag működéséről szóló ismereteket, és alapvető fontosságúnak bizonyult a világegyetem jobb megértésében.
Kadzsita Takaaki az ezredforduló környékén ismertette a Super-Kamiokande detektorral tett felfedezést, miszerint az atmoszférában keletkező neutrínók átalakulnak. Ezzel párhuzamosan az Arthur B. McDonald által vezetett kanadai tudóscsoport a Sadbury Neutrínóobszervatóriumban azt bizonyította, hogy a Napban születő neutrínók nem tűnnek el a Föld felé tartva, hanem ugyancsak átalakulnak. Ezeknek a felismeréseknek köszönhetően egy több évtizedes rejtély oldódott meg a részecskefizikusok nagy örömére. Az elméleti számításokban szereplő neutrínómennyiséghez képest ugyanis a részecskék kétharmada hiányzott a vizsgálatokban de a japán és a kanadai felfedezés bizonyította, hogy a neutrínók nem vesznek el, csak átalakulnak, valamint azt is, hogy a neutrínóknak igenis van tömegük, még ha az elég csekély is.
Kadzsita Takaaki és B. McDonald munkájának eredménye mérföldkőnek bizonyult. A részecskefizika standard modellje – az elektromágneses, a gyenge és erős kölcsönhatást, valamint az alapvető elemi részecskéket leíró kvantumtérelmélet – rendkívül sikeres volt, akkoriban már majdnem húsz éve szinte minden kísérlet igazolta a jóslatait. Az elmélet szerint viszont a neutrínóknak tömeggel kellene rendelkezniük. A neutrínóoszcilláció felfedezése tehát azt is bizonyította, hogy a standard modell nem írja le teljesen a világegyetem felépítését. Horváth Dezső, az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont emeritus professzora az MTI-nek érdekességként elmondta, hogy a Super-Kamiokande ötvenezer tonna rendkívül tiszta vízzel érzékeli a neutrínókat, míg a kanadai megfigyelésekhez össze kellett gyűjteni a világ nehézvizének felét, amelyet azután „vissza is adtak” a kutatók. A McDonald vezette csapat egy több kilométerrel a föld alatt lévő nikkelbányában olyan észlelőrendszert állított fel, amely mind a három neutrínóra érzékeny volt.
Patkós András fizikus, az MTA tagja azt mondja, olyan elméletre van szükség, amely bővíti a részecskefizika standard modelljét, hiszen a neutrínók tömegét önmagában a 2013-ban Nobel-díjjal elismert Brout-Englert-Higgs-mechanizmussal nem lehet megmagyarázni. Az eddig végzett mérésekből a neutrínótömeget nem lehet abszolút mértékben meghatározni, csupán a háromféle neutrínó tömege közti különbséget lehet megadni.
A Tokiói Egyetemen tartott sajtókonferenciáján Kadzsita Takaaki azt mondta, meglepetésként érte a hír, fel se tudta fogni. Szakterületéről szólva rámutatott, a neutrínókutatás „nem olyan dolog, ami hamarosan hasznosulhatna. Én inkább úgy szoktam fogalmazni, hogy ez egy olyan terület, amely tágítja az emberi elme horizontját.”
Kadzsita Takaaki fenti gondolatával kívánok nektek további jó tanulást, kutatást. Ahogy ő is mondta, nem minden hasznosul hamar, legyetek kitartóak. Ki tudja? Talán a jövőben valamelyik Nobel-díjat egyikőtöknek ítélik majd.