Нобелевскую премию по физике присудили японцу и канадцу, доказавшим, что у нейтрино есть масса. Теория нейтринных осцилляций, за подтверждение которых присуждена нобелевская премия по физике, была выдвинута в ссср Как проходили испытания
Каждую секунду сквозь наше тело пролетают тысячи миллиардов нейтрино, но мы их не чувствуем и не видим. Нейтрино проносятся в космическом пространстве практически со скоростью света, но при этом почти не взаимодействуют с материей. Часть нейтрино возникли еще в момент Большого взрыва, другие постоянно рождаются в результате разнообразных процессов, происходящих в космосе и на Земле, — от взрывов сверхновых и гибели крупных звезд до реакций, протекающих на атомных электростанциях. Даже внутри нашего тела каждую секунду рождается около 5 тыс. нейтрино — это происходит при распаде изотопа калия.
Большая часть тех нейтрино, которые достигают Земли, рождается внутри Солнца, из-за происходящих внутри него ядерных реакций.
После частиц света — фотонов — нейтрино являются самыми распространенными частицами в нашей Вселенной.
В течение длительного времени ученые не были уверены в существовании нейтрино. Когда австрийский физик Вольфганг Паули (который стал лауреатом Нобелевской премии по физике 1945 года) предсказал существование этой частицы, с его стороны это была всего лишь попытка объяснить выполнение закона сохранения энергии при бета-распаде нейтрона на протон и электрон.
Вскоре итальянец Энрико Ферми (нобелевский лауреат 1938 года) сформулировал теорию, которая включала в себя предложенную Паули легкую нейтральную частицу, назвав ее «нейтрино».
Тогда никто не предполагал, что эта крошечная частица произведет революцию как в физике, так и в изучении космоса.
До экспериментального подтверждения существования нейтрино прошла почти четверть века — это стало возможным лишь в 1950-х годах, когда нейтрино стали испускаться появлявшимися атомными электростанциями. В июне 1956 года два американских физика — Фредерик Райнес (нобелевский лауреат 1995 года) и Клайд Кован — отправили Вольфгангу Паули телеграмму, в которой сообщали, что их детектору удалось зафиксировать следы нейтрино. Это открытие окончательно доказало: призрачный нейтрино, который иногда называли «полтергейстом», — реальная частица.
Загадка на полвека
Вопрос о природе нейтрино возник после экспериментов Раймонда Дэвиса, основанных на хлор-аргонном методе, предложенном советско-итальянским физиком Бруно Понтекорво. Механизм рождения их на Солнце давно был известен, термоядерные реакции и их выход, необходимый для того, чтобы Солнце «грело», был просчитан в уравнениях.
Но эксперимент показал, что на деле от Солнца приходит лишь примерно треть от количества предсказанных частиц. Этот парадокс стоял перед учеными почти полвека, объяснений было несколько. Одно из них (оказавшееся правильным, состоявшее в том, что нейтрино может превращаться из одного сорта в другой) предложил как раз Понтекорво в 1957 году.
Бруно Максимович Понтекорво выдвинул теорию нейтринных осцилляций в 1957 году. Источник: museum.jinr.ru
Шесть лет спустя в том числе и за эту работу ученый получил Ленинскую премию.
«Теоретики не могли ничего подвинуть в своих уравнения термоядерных реакций, а значит, нейтрино либо исчезали, либо во что-то превращались», — говорит доктор физико-математических наук Андрей Ростовцев, специалист в области элементарных частиц.
Окончательно решить полувековую загадку смог грандиозный японский эксперимент Super-Kamiokande. Он представлял собой гигантскую бочку под землей, заполненную дистиллированной водой и пронизанную тысячами детекторов черенковского излучения, на которых сегодня основаны все существующие нейтринные телескопы. При бомбардировке космическими частицами земной атмосферы рождается множество вторичных частиц, в том числе нейтрино, в основном мюонные. «В этом эксперименте физики научились мерить и электронные, и мюонные нейтрино, но самое главное — они знали направление прихода этих частиц. И зная расстояние до точки, где первичная частица вошла в атмосферу, они видели, как меняется соотношение мюонных и электронных частиц в зависимости от пройденного ими расстояния.
То есть они увидели осцилляционную картину: если в какой-то точке родилось мюонное нейтрино, то можно сказать, сколько электронных и мюонных нейтрино будет в потоке через километр», — пояснил Ростовцев.
Лауреаты Нобелевской премии по физике 2015 года Такааки Кадзита (слева) и Артур Макдональд. Источник: nobelprize.org
На Super-Kamiokande работал японец Такааки Кадзита, ставший во вторник лауреатом Нобелевской премии. Второй лауреат — Артур Макдональд, руководитель аналогичного низкофонового канадского эксперимента SNO (Sudbury Neutrino Observatory). Если японский эксперимент ловил высокоэнергичные нейтрино энергий выше 1 ГэВ, то канадский фиксировал менее энергичные частицы, приходившие от Солнца.
Детектор нейтрино на установке Sudbury Neutrino Observatory. Источник: A.B. McDonald (Queen"s University)/The Sudbury Neutrino Observatory Institute
Опыты показали, что раз нейтрино превращаются друг в друга, то они имеют массу, причем каждое поколение — свою. Сегодня на эти массы установлены лишь верхние пределы, а вероятность осцилляции пропорциональна разнице между квадратами масс.
«Я бы не сказал, что это было революцией в понимании мира, но эти ученые расширили Стандартную модель — большой набор параметров, о природе которых мы не знаем. Зачем нейтрино нужно осциллировать, никто не знает, как никто не знает и природу Стандартной модели. Премия заслуженная, ведь после экспериментов Дэвиса эта проблема стояла перед экспериментаторами как проблема бозона Хиггса. Это эпохальные эксперименты, поэтому премия нашла своих героев», — считает физик.
Предсказатели выполнили задачу-минимум
Ранее компанией Thomson Reuters кандидатами на получение Нобелевской премии по физике 2015 года Пол Коркум и Ференц Кауш за вклад в развитие аттосекундной физики. Среди потенциальных кандидатов также назывались Дебора Джин, получившая первый фермионный конденсат, и Чжун Линь Ван, изобретатель пьезотронного наногенератора.
Впрочем, один из нынешних лауреатов — Артур Макдональд — входил в список лауреатов на «Нобеля» в 2007 году, поэтому .
В 2014 году за разработку голубых оптических диодов японские ученые.
Самая успешная для СССР/России
Среди отечественных деятелей науки и культуры самыми успешными в плане получения Нобелевских премий являются именно физики.
В 1958 году премию получили Павел Черенков, Игорь Тамм и Илья Франк «за открытие и интерпретацию эффекта Черенкова». Через четыре года лауреатом стал Лев Ландау «за пионерские теории в области физики конденсированного состояния, в особенности жидкого гелия». Еще через два года Нобелевский комитет отметил Николая Басова и Александра Прохорова «за фундаментальные работы в области квантовой электроники, которые привели к созданию осцилляторов и усилителей, основанных на мазерно-лазерном принципе». В 1978 году Петр Капица получил награду «за основополагающие изобретения и открытия в области физики низких температур».
В 2000-м лауреатом стал Жорес Алферов «за разработку полупроводниковых гетероструктур, используемых в высокоскоростной и оптической электронике». В 2003 году Нобелевскую премию вручили Алексею Абрикосову и Виталию Гинзбургу «за пионерский вклад в теорию сверхпроводимости и сверхтекучести».
Наконец, в 2010 году имеющий российский паспорт, но работающий в Англии Константин Новоселов стал самым молодым в истории лауреатом Нобелевской премии за открытие графена вместе с выходцем из России Андреем Геймом.
С учетом нынешнего года лауреатами Нобелевской премии по физике стали 200 ученых.
Размер Нобелевской премии в 2015 году составит 8 млн шведских крон, что составляет $960 тыс.
В среду будут названы лауреаты Нобелевской премии по химии.
СТОКГОЛЬМ, 6 октября. /Корр. ТАСС Ирина Дергачева/. Нобелевская премия 2015 года в области физики присуждена во вторник Такааки Каджите (Япония) и Артуру Макдональду (Канада) за открытие осцилляций нейтрино, свидетельствующих о наличии у них массы.
Об этом объявил Нобелевский комитет при Королевской академии наук Швеции.
Размер премии составляет один миллион шведских крон - это примерно 8 млн рублей по текущему курсу. Награждение лауреатов состоится в день смерти Альфреда Нобеля 10 декабре в Стокгольме.
Лауреатам удалось решить проблему, над которой физики бились очень давно. Они доказали, что частицы нейтрино обладают массой, пусть и очень малой. Это открытие называют эпохальным для физики элементарных частиц.
"Это открытие изменило наше представление о внутреннем строении материи и может оказаться решающим для нашего понимания Вселенной", - пояснил комитет.
Нейтрино - элементарная частица, которая "отвечает" за одно из четырех фундаментальных взаимодействий, а именно за слабое взаимодействие. Оно лежит в основе радиоактивных распадов.
Существуют три типа нейтрино: электронное, мюонное и тау-нейтрино. В 1957 году работавший в Дубне итальянский и советский физик Бруно Понтекорво предсказал, что нейтрино разных типов могут переходить друг в друга - этот процесс называется осцилляциями элементарных частиц. Однако в случае нейтрино существование осцилляций возможно только в том случае, если эти частицы имеют массу, а с момента их открытия физики считали, что нейтрино - безмассовые частицы.
Догадка ученых была экспериментально подтверждена одновременно японской и канадской группами исследователей под руководством, соответственно, Такааки Кадзиты и Артура Макдональда.
Кадзита родился в 1959 году и в настоящее время работает в Токийском университете. Макдональд родился в 1943 году и трудится в Университете Куинс в канадском Кингстоне.
Физик Вадим Бедняков о нейтринной осцилляции
Практически одновременно группа физиков во главе со вторым лауреатом Артуром Макдональдом анализировала данные канадского эксперимента SNO, собранные в обсерватории в Садбэри. Обсерватория наблюдала потоки нейтрино, летящие от Солнца. Звезда излучает мощные потоки электронных нейтрино, однако во всех экспериментах ученые наблюдали потерю примерно половины частиц.
В ходе эксперимента SNO было доказано, что одновременно с исчезновением электронных нейтрино в потоке лучей появляется примерно столько же тау-нейтрино. То есть Макдональд и коллеги доказали, что происходят осцилляции электронных солнечных нейтрино в тау.
Доказательство, что у нейтрино есть масса, потребовало переписать Стандартную модель - базовую теорию, которая объясняет свойства всех известных элементарных частиц и их взаимодействия.
В 2014 году самая престижная научная награда по физике досталась японским ученым Исаму Акасаки, Хироси Амано и Судзи Накамуре за изобретение синих светодиодов (LED).
О премии
Согласно завещанию Альфреда Нобеля, премия по физике должна вручаться тому, "кто сделает наиболее важное открытие или изобретение" в этой области. Премию присуждает Шведская королевская академия наук, расположенная в Стокгольме. Ее рабочий орган - Нобелевский комитет по физике, члены которого избираются академией на три года.
Первым премию в 1901 году получил Вильям Рентген (Германия) за открытие излучения, названного его именем. В числе наиболее известных лауреатов - Джозеф Томсон (Великобритания), отмеченный в 1906 году за исследования прохождения электричества через газ; Альберт Эйнштейн (Германия), получивший премию в 1921 году за открытие закона фотоэффекта; Нильс Бор (Дания), награжденный в 1922 году за исследования атома; Джон Бардин (США), двукратный обладатель премии (1956 год - за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта, 1972 год - за создание теории сверхпроводимости).
Правом выдвигать кандидатов на премию обладают ученые разных стран, включая членов Шведской королевской академии наук и лауреатов Нобелевской премии по физике, которые получили специальные приглашения от комитета. Предлагать кандидатов можно с сентября до 31 января следующего года. Затем Нобелевский комитет с помощью научных экспертов отбирает наиболее достойные кандидатуры, а в начале октября академия большинством голосов выбирает лауреата.
Российские ученые становились лауреатами Нобелевской премии по физике десять раз. Так, в 2000 году Жорес Алферов был удостоен ее за разработку концепции полупроводниковых гетероструктур для высокоскоростной оптоэлектроники. В 2003 году Алексей Абрикосов и Виталий Гинзбург совместно с британцем Энтони Леггеттом получили эту награду за новаторский вклад в теорию сверхпроводников. В 2010 году Константин Новоселов и Андре Гейм, работающие ныне в Великобритании, были удостоены награды за создание тончайшего в мире материала - графена.
Нобелевская премия по физике в 2015 году присуждена ученым, сделавшим гениальное открытие. Работая параллельно, Такааки Кадзито и Артур Макдональд доказали, что неуловимые частицы, именуемые нейтрино, имеют вес. Разумеется, эти показатели немногим превосходят нулевую отметку, однако теперь наука получила в свое распоряжение объяснения зарождения вселенной в принципе, равно как и многих процессов, происходящих на Земле.
Маленькая нейтральная частица
Нейтрино в переводе с итальянского языка означает «маленький нейтральный». Эти микроскопические частицы не имеют электрического заряда, поэтому ученые долгое время полагали, что нейтрино имеют нулевую массу. Однако опыты, проведенные Кадзито в университете Токио, а также Макдональдом в Канадском королевском университете, полностью опровергли имеющуюся теорию. Представители Нобелевского комитета уже заявили, что это открытие поможет изменить понимание самых сокровенных выработок материи, а также оказать решающий фактор на новое видение Вселенной.
Как проходили испытания
Как мы уже отмечали, ученые совершали опыты параллельно, в двух разных местах. Для этого один детектор был встроен под землю на один километр под японской горой Гифу, а другой на два километра в глубину под старым никелевым рудником в провинции Онтарио. В ходе испытаний ученые обнаружили, что нейтрино могут переходить из одного состояния в другое, в то время, когда они мчатся в пространстве. Исходя из поведения частиц, меняющих свою форму, можно с уверенностью констатировать, что масса нейтрино существует.
Что рассказали лауреаты
Отвечая на вопросы журналистов после того, как были объявлены лауреаты по физике, Макдональд описал свое состояние коротким и емким архимедовским «Эврика!», добавив, что это был непростой опыт. К счастью у исследователя было много коллег, которые помогали ему в работе и которые в данный момент готовы разделить его радость.
Когда Кадзито узнал о том, что стал победителем, он смог произнести одно лишь слово: «Невероятно». На пресс-конференции, проходившей в Токио, нобелевский лауреат добавил, что жаждет поблагодарить нейтрино. И так как эти частицы создаются космическими лучами, он благодарит и космос.
Самые распространенные частицы во Вселенной
Нейтрино являются одними из наиболее распространенных частиц во Вселенной. Никто из нас не может почувствовать, как миллиарды из них проходят сквозь наше тело каждую секунду. Мы не ощущаем их, но они существуют. Многие из этих частиц стали последствием Большого взрыва, они постоянно создаются в недрах Земли в процессе радиоактивного распада, эти частицы посылаются на Землю солнечными лучами, они способны возникать из взрывов звезд, а также других ядерных явлений.
Открытие существования нейтрино
Сегодняшнее открытие не смогло бы иметь место без обнаружения следов нейтрино, которое датируется 1956 годом. Еще ранее ученые предполагали, что такие частицы могут существовать, но не имели технической возможности выйти на их след. Всего существует три типа нейтрино: электронное, мюонное и тау-нейтрино.
Польза, которую извлечет современная наука
Фундаментальная работа проводилась в двух обсерваториях с разных сторон Земли в течение долгого промежутка времени. Так, еще в 1998 году команда Кадзито обнаружила, что нейтрино создаются при проникновении космических лучей в атмосферу земли, а на своем пути к детектору под гору Камиоко частицы изменили свою идентичность. Аналогичный процесс тремя годами позднее обнаружила группа Макдональда, улавливая нейтрино, идущие от солнца в обсерватории Садбери. Это открытие поможет завершить объяснение фундаментальных строительных блоков вселенной, а также найдет практическое применение в разработке ядерного синтеза.
Заключение
Теперь ученые знают, что масса нейтрино более чем в миллион раз меньше, чем масса электрона. Но так как микроскопические частицы настолько многочисленные, по оценкам экспертов, общий вес нейтрино может быть приравнен к общей массе всех видимых звезд во вселенной.
ВСЕ ФОТО
В комитете отметили, что оба лауреата "внесли определяющий вклад в проведение экспериментов, которые доказали, что нейтрино одного сорта превращаются в нейтрино другого сорта. Эта метаморфоза возможна только в случае, если у нейтрино есть масса"
Global Look Press
Нобелевская премия в области физики в 2015 году присуждена японцу Такааки Кадзите и канадцу Артуру Макдоналду. Об этом объявили в Нобелевском комитете в Стокгольме, говорится в официальном Twitter премии. Как отмечается в пресс-релизе, премия присуждена за "открытие осцилляции нейтрино, доказывающей, что у них есть масса".
В комитете отметили, что оба лауреата "внесли определяющий вклад в проведение экспериментов, которые доказали, что нейтрино одного сорта превращаются в нейтрино другого сорта. Эта метаморфоза возможна только в случае, если у нейтрино есть масса".
"Для физики элементарных частиц это было историческим открытием", - говорится в заявлении Нобелевского комитета. Согласно завещанию Альфреда Нобеля, премия по физике должна вручаться тому, "кто сделает наиболее важное открытие или изобретение" в этой области.
Нейтрино - это нейтральная элементарная частица, участвующая только в слабом и гравитационном взаимодействиях. Слабое взаимодействие лежит в основе радиоактивных распадов. Нейтринные осцилляции - это превращения нейтрино (они бывают трех видов: электронное, мюонное или таонное) в нейтрино другого вида или же в антинейтрино.
Как отмечает ТАСС, в 1957 году работавший в Дубне итальянский и советский физик Бруно Понтекорво предсказал, что нейтрино разных типов могут переходить друг в друга. Однако в случае нейтрино существование осцилляций возможно только в том случае, если эти частицы имеют массу, а с момента их открытия физики считали, что нейтрино - безмассовые частицы.
Экспериментально явление получилось открыть только спустя 40 лет после появления гипотез на нейтринном детекторе Super-Kamiokande в Японии. Группой исследователей руководил один из нынешних лауреатов Такаки Кадзита. Практически одновременно с ним группа физиков во главе со вторым лауреатом Артуром Макдональдом анализировала данные канадского эксперимента SNO, собранные в обсерватории в Садбэри. Обсерватория наблюдала потоки нейтрино, летящие от Солнца. Звезда излучает мощные потоки электронных нейтрино, однако во всех экспериментах ученые наблюдали потерю примерно половины частиц.
В ходе эксперимента SNO было доказано, что одновременно с исчезновением электронных нейтрино в потоке лучей появляется примерно столько же тау-нейтрино. То есть Макдональд и коллеги доказали, что происходят осцилляции электронных солнечных нейтрино в тау. Доказательство того, что у нейтрино есть масса, потребовало переписать Стандартную модель - базовую теорию, которая объясняет свойства всех известных элементарных частиц и их взаимодействия.
В прошлом году Нобелевскую премию в области физики получили японские ученые Исаму Акасаки, Хироси Амано и Сюдзи Накамура за изобретение синего светодиода и энергоэффективных источников света.
В ближайшие дни станут известны обладатели премии в других номинациях. В частности, 7 октября в шведской столице будет объявлено о решении Нобелевского комитета по химии. Имя обладателя Нобелевской премии по литературе будет названо 8 октября. 9 октября в Осло объявят лауреата премии мира. Обладатель премии по экономике памяти Нобеля, учрежденной Государственным банком Швеции в 1968 году, определится 12 октября.
Церемония награждения пройдет 10 декабря - в день смерти основателя Нобелевской премии Альфреда Нобеля. Размер премии в этом году составляет восемь миллионов шведских крон, что из-за кризиса чуть меньше миллиона долларов - около 953 тысяч долларов.
