Denník N

Nobelovu cenu za fyziku dostali neutrínové vône

Udeľovanie Nobelovej ceny za fyziku. FOTO - TASR / AP
Udeľovanie Nobelovej ceny za fyziku. FOTO – TASR / AP

Nobelovu cenu za fyziku udelili Takaaki Kadžitovi a Arthurovi McDonaldovi za výskum oscilácií neutrín, z ktorého vyplýva, že majú nenulovú hmotnosť.

Viete o tom, že práve v tomto momente cez vaše telo prechádzajú miliardy neutrín? Nemôžeme ich vidieť ani cítiť, no predsa ide o jedny z najčastejšie sa vyskytujúcich častíc vo vesmíre. Predbehli ich iba častice svetla – fotóny.

Ide o všadeprítomné nenabité základné častice, na ktoré nepôsobí elektromagnetické pole ani silná jadrová sila v atómovom jadre. Dokážu preto nerušene prechádzať hmotou.

Produkujú ich napríklad jadrové reakcie prebiehajúce v našom Slnku, v supernovách či v jadrových reaktoroch. Dokonca vznikajú aj v našich telách. Pri jadrovom rozpade draslíka v našich telách vznikne približne 5000 neutrín za sekundu.

Neutríno sa vyskytuje v troch typoch, ktoré sa vo fyzike nazývajú „vône“ (z angličtiny flavour). Ide o elektrónové neutríno, mionové neutríno a neutríno tau.

Nerozhodnosť neutrín. Akú príchuž si zvolím dnes, FOTO - nobelprize.org
Nerozhodnosť neutrín. Akú vôňu si zvolím dnes, elektrónovú, mionovú alebo tau? Foto- nobelprize.org

Medzi týmito troma stavmi neutrína oscilujú, teda sa premieňajú z jednej vône na druhú. Aby to však bolo možné, musia mať rôzne vône neutrín rôzne hmotnosti. Ak sa tri neutrínové hmotnosti sčítajú, bude to menej ako jedna milióntina hmotnosti elektrónu.

Práve za zistenie, že neutrína sa menia z jedného stavu na druhý a majú nenulovú hmotnosť, dostali v utorok Nobelovu cenu za fyziku vedci Takaaki Kadžita a Arthur B. McDonald.

Metamorfóza neutrín

Takaaki Kadžita v roku 1998 zistil, že atmosférické neutrína (tvorené interakciou kozmického žiarenia so zemskou atmosférou) zmenili svoju identitu počas svojej cesty na detektor Super-Kamiokande v Japonsku.

Kanadský výskumný tím pod vedením Arthura McDonalda medzitým v roku 2001 dokázal, že neutrína prichádzajúce na Zem zo Slnka sa nestrácali, ale zmenili identitu, teda „vôňu“. Na podzemný detektor neutrín Sudbury Neutrino Observatory prileteli s inou vôňou. Táto metamorfóza, ktorou neutrína prechádzajú, predstavuje osciláciu medzi rôznymi identitami.

Tie objavy napokon viedli k záveru, že neutrína musia mať hmotnosť, aj keď veľmi malú. Dovtedy sa predpokladalo, že nemali žiadnu hmotnosť (ako to predpokladá štandardný model fyziky).

To však spôsobovalo problémy napríklad pri výpočte hmotnosti Slnka, ktoré produkuje iba elektrónové neutrína. Bez hmotnosti neutrín sa výpočet od skutočnosti líšil asi o dve tretiny. Dôkaz premeny ich identít tento rozdiel hmotností hviezdy vysvetlil.

Neutrína boli detegované v obrovských podzemných detektoroch, napríklad v detektore Super-Kamiokande v Japonsku. Ten sa nachádza kilometer pod zemou a pozostáva z asi 11 000 svetelných detektorov, ktoré sú umiestnené po bokoch, na vrchu a tesne pod obrovskou nádržou s 50 000 tonami ultračistej vody.

Väčšina neutrín prejde cez nádrž bez kolízie. Z času na čas však neutríno narazí priamo na atómové jadro a dôjde k vytvoreniu miónov a elektrónov. Detektory znásobujú aj veľmi slabé záblesky modrého svetla, ktoré vznikajú okolo týchto častíc.

Nová fyzika?

Samotný objav, že neutrína musia mať hmotnosť, otriasol svetom fyziky. Toto tvrdenie totiž dokázalo, že štandardný model fyziky, podľa ktorého by neutrína nemali mať hmotnosť, nie je na 100 percent správny a má medzery. Samozrejme tým však nie je vylúčený ako koncept. Objav teda posunul výskum ďalej v navrhovaní teórií za štandardným modelom.

Objavy vedcov ocenených Nobelovou cenou za fyziku tiež pomôžu objasniť, ako vesmír vznikol a ako sa vyvinul do dnešnej podoby. Ako sa vyjadril Arthur McDonald tesne po vyhlásení udelenia ceny, „je dôležité vedieť, že neutrína majú hmotnosť, najmä pri chápaní fyziky vesmíru alebo pri štúdiu procesov prebiehajúcich v jadre Slnka či procesov jadrovej fúzie.“

Štúdium neutrín pokračuje, nové vedomosti o ich vlastnostiach majú potenciál zmeniť naše chápanie vesmíru, jeho štruktúry a budúcnosti. Podľa McDonalda je napríklad „potrebné presne zistiť hmotnosť neutrín.“

Fakty o Nobelovej cene

Nobelova cena sa udeľuje od roku 1901. Každý rok sa ocení výskum v oblasti medicíny alebo fyziológie, fyziky, chémie, ekonomiky, za literatúru a za mier. Ide o najprestížnejšie ocenenie činnosti v týchto oblastiach.

Jej udeľovanie je ukotvené v závete Alfreda Nobela, ktorého tretiu verziu napísal Nobel 27. novembra 1895 v Paríži.

Ukážka závetu Alfreda Nobela. FOTO - nobelprize.org
Ukážka závetu Alfreda Nobela. FOTO – nobelprize.org

Ceny sa odovzdávajú 10. decembra v deň výročia úmrtia A. Nobela vo švédskom Štokholme. Okrem ceny za mier, ktorá sa udeľuje v nórskom Osle. Ceny za chémiu, fyziku a ekonomické vedy udeľuje Švédska akadémia vied, cenu za medicínu alebo fyziológiu udeľuje Inštitút Karolinska. Švédska akadémia udeľuje cenu za literatúru a Nobelovu cenu za mier zas Nórska Nobelova komisia.

Laureát Nobelovej ceny dostane medailu, diplom a nárok na finančnú odmenu vo výške 8 miliónov švédskych korún (cca 855 000 €). Cenu je možné rozdeliť medzi maximálne troch laureátov.

Do roku 2014 boli Nobelove ceny a Nobelove ceny za ekonomické vedy udelené spolu 567-krát, čo predstavuje spolu až 889 laureátov (864 laureátov, 25 organizácií).

Zaujímavosti

Maria Curie získala ako jediná Nobelovu cenu v dvoch rôznych vedeckých disciplínach. Za fyziku ju získala v roku 1903 za objavenie rádioaktivity, za chémiu v roku 1911 za izoláciu čistého rádia.

Rodina Curie získala spolu až päť cien. Maria Curie získala dve, jej manžel Pierre sa s ňou delil o cenu za fyziku. Ich dcéra, Irène Joliot-Curie, získala cenu za chémiu v roku 1935 spolu s manželom Frédéricom. Manžel ich druhej dcéry, Henry Labouisse, bol vedúcim Unicefu v roku 1965, keď získal Nobelovu cenu za mier.

Linus Pauling získal dve Nobelove ceny, ktoré však s nikým nezdieľal. Išlo o cenu za chémiu v roku 1954 za štúdium chemických väzieb a štruktúry molekúl a cenu za mier, ktorú získal v roku 1962 za boj proti nukleárnym zbraniam.

Nobelova cena za fyziku

Do roku 2014 bolo udelených 108 Nobelových cien za fyziku, 47 z nich dostal iba jeden laureát a neboli zdieľané.

John Bardeen dostal za svoj život dve Nobelove ceny za fyziku – v roku 1965 za objav tranzistora a v roku 1972 za teóriu supravodivosti.

Najmladším laureátom bol Lawrence Bragg (cena za röntgenovú spektroskopiu v roku 1915), ktorý dostal cenu vo veku 25 rokov.

Priemerný vek laureáta ceny za fyziku je 55 rokov. Žena ju dostala zatiaľ dvakrát – Maria Curie a Maria Goeppert-Mayer.

Minulý rok cenu dostal Isamu Akasaki, Hiroshi Amano a Shuji Nakamuraza vývoj prvých diód emitujúcich modré svetlo (LED).

Dostupné z tlačovej správyvedeckej správy.

Nobelove ceny

Teraz najčítanejšie