Fizika

Çmimi Nobel 2015 u dha për "zbulimin e lëkundjeve të neutrinos, të cilat vërtetojnë se neutrinot kanë masë".

Në vitin 1998, Takaaki Kajita, në atë kohë një anëtar i bashkëpunimit Super-Kamiokande, paraqiti të dhëna që demonstronin zhdukjen e mu-neutrinos atmosferike, domethënë neutrinot e prodhuara nga rrezet kozmike që kalonin nëpër atmosferë, në rrugën e tyre drejt detektorit. Në vitin 2001, Arthur B. McDonald, drejtor i Bashkëpunimit të Observatorit të Neutrinove Sudbury (SNO), publikoi prova për shndërrimin e neutrineve të elektroneve diellore në neutrino mu dhe tau. Këto zbulime ishin të një rëndësie të madhe dhe shënuan një përparim në fizikën e grimcave. Lëkundjet e neutrinos dhe çështjet e ndërlidhura të natyrës së neutrinos, masës së neutrinos dhe mundësinë e thyerjes së simetrisë së raportit të ngarkesës së leptoneve janë çështjet më të rëndësishme të kozmologjisë dhe fizikës së grimcave elementare sot.

Ne jetojmë në një botë me neutrino. Mijëra miliarda neutrino "rrjedhin" nëpër trupin tonë çdo sekondë. Ato nuk mund të shihen dhe të ndjehen. Neutrinot nxitojnë nëpër hapësirë ​​pothuajse me shpejtësinë e dritës dhe praktikisht nuk ndërveprojnë me materien. Ekziston një numër i madh i burimeve të neutrinos si në hapësirë ​​ashtu edhe në Tokë. Disa neutrino lindën si rezultat i Big Bengut. Dhe tani burimet e neutrinos janë shpërthimet e super novave, dhe prishja e yjeve supergjigantë, si dhe reaksionet radioaktive në termocentralet bërthamore dhe proceset e kalbjes radioaktive natyrore në natyrë. Kështu, neutrinot janë grimcat e dyta elementare më të shumta pas fotoneve, grimcat e dritës. Por pavarësisht kësaj, ekzistenca e tyre nuk ishte përcaktuar për një kohë të gjatë.

Mundësia e ekzistencës së neutrinos u propozua nga fizikani austriak Wolfgang Pauli si një përpjekje për të shpjeguar transformimin e energjisë gjatë zbërthimit beta (një lloj zbërthimi radioaktiv i një atomi me emetimin e elektroneve). Në dhjetor 1930, ai propozoi që një pjesë e energjisë të hiqej nga një grimcë elektrikisht neutrale, me bashkëveprim të dobët me një masë shumë të vogël (ndoshta pa masë). Vetë Pauli besonte në ekzistencën e një grimce të tillë, por në të njëjtën kohë, ai e kuptoi se sa e vështirë ishte të zbuloje një grimcë me parametra të tillë duke përdorur metoda eksperimentale të fizikës. Ai shkroi për këtë: "Kam bërë një gjë të tmerrshme, kam postuluar ekzistencën e një grimce që nuk mund të zbulohej." Së shpejti, pas zbulimit në vitin 1932 të një grimce masive, fort bashkëvepruese të ngjashme me një proton, por vetëm neutrale (pjesë e një atomi është një neutron), fizikani italian Enrico Fermi propozoi që Pauli ta quante grimcën elementare të pakapshme një neutrino.

Mundësia për të zbuluar neutrinot u shfaq vetëm në fund të viteve 50, kur u ndërtuan një numër i madh i termocentraleve bërthamore dhe fluksi i neutrinos u rrit ndjeshëm. Në vitin 1956, F. Rhines (edhe më vonë laureat i Çmimit Nobel 1995) kreu një eksperiment për të zbatuar idenë e fizikanit sovjetik B.M. Pontecorvo mbi zbulimin e neutrinos dhe antineutrinos në një reaktor bërthamor në Karolinën e Jugut. Si rezultat, ai i dërgoi një telegram Wolfgang Paulit (vetëm një vit para vdekjes së tij) duke e informuar atë se neutrinot kishin lënë gjurmë në detektorin e tyre. Dhe tashmë në vitin 1957 B.M. Pontecorvo botoi një punë tjetër pioniere mbi neutrinot, në të cilën ai filloi idenë e lëkundjeve të neutrinos.
Që nga vitet '60, shkencëtarët kanë filluar në mënyrë aktive të zhvillojnë një drejtim të ri shkencor - astronomi neutrino. Një nga detyrat ishte numërimi i numrit të neutrinoteve të prodhuara si rezultat i reaksioneve bërthamore në Diell. Por përpjekjet për të regjistruar numrin e vlerësuar të neutrinot në Tokë treguan se afërsisht dy të tretat e neutrinot mungonin! Sigurisht, mund të ketë gabime në llogaritjet e bëra. Por një zgjidhje e mundshme ishte se disa nga neutrinot ndryshuan llojin e tyre. Në përputhje me Modelin Standard që aktualisht është në fuqi në fizikën e grimcave (Figura 1), ekzistojnë tre lloje të neutrinos - neutrinot elektronike, mu-neutrinot dhe neutrinot tau.

Figura 1 - Modeli Standard është një konstrukt teorik në fizikën e grimcave që përshkruan ndërveprimet elektromagnetike, të dobëta dhe të forta të të gjitha grimcave elementare. Modeli Standard nuk është një teori e gjithçkaje, sepse nuk përshkruan materien e errët, energjinë e errët dhe nuk përfshin gravitetin. Përmban 6 leptone (elektron, muon, tau lepton, neutrino elektronike, neutrino muon dhe neutrino tau), 6 kuarkë (u, d, s, c, b, t) dhe 12 antigrimca përkatëse. (http://elementy.ru/LHC/HEP/SM)

Çdo lloj neutrine korrespondon me partnerin e tij të ngarkuar - elektronin, dhe dy grimca të tjera më të rënda me jetëgjatësi më të shkurtër - muon dhe tau lepton. Si rezultat i reaksioneve bërthamore në Diell, lindin vetëm neutrinot e elektroneve dhe neutrinot që mungojnë mund të gjendeshin nëse, gjatë rrugës për në Tokë, neutrinot elektronike mund të shndërroheshin në mu-neutrino dhe tau-neutrino.

Kërkimi për neutrinot thellë nën tokë

Kërkimi për neutrinot kryhet vazhdimisht, ditë e natë, në instalime kolosale të ndërtuara thellë nën tokë për të përjashtuar zhurmën e jashtme të krijuar nga rrezatimi kozmik dhe reaksionet spontane radioaktive në mjedis. Është shumë e vështirë të dallosh sinjalet e disa neutrinove të vërteta diellore nga miliarda të rreme.

Observatori i Neutroneve Super-Kamiokande u ndërtua në vitin 1996 nën malin Kamioka, 250 km në veriperëndim të Tokios. Një tjetër observator, Observatori Neutrino Sudbury (SNO), u ndërtua në vitin 1999 në një minierë nikeli afër Ontarios.

Figura 2 – Super-Kamiokande është një detektor atmosferik neutrino. Kur një neutrino ndërvepron me ujin, krijohet një grimcë e ngarkuar elektrike. Kjo çon në shfaqjen e rrezatimit Cherenkov-Vavilov, i cili regjistrohet nga detektorët e dritës. Forma dhe intensiteti i spektrit të rrezatimit Cherenkov-Vavilov bën të mundur përcaktimin e llojit të grimcave dhe nga ka ardhur.

Super-Kamiokande është një detektor gjigant i ndërtuar në një thellësi prej 1000 metrash. Ai përbëhet nga një rezervuar me përmasa 40 me 40 metra, të mbushur me 50,000 tonë ujë. Uji në rezervuar është aq i pastër sa drita mund të udhëtojë 70 metra përpara se intensiteti i saj të përgjysmohet. Në një pishinë të rregullt, kjo distancë është vetëm disa metra. Në anët e rezervuarit, në pjesën e sipërme dhe të poshtme të tij, ka 11,000 detektorë drite që ju lejojnë të regjistroni ndezjen më të vogël të dritës në ujë. Një numër i madh neutrinos kalojnë nëpër një rezervuar uji, por vetëm disa prej tyre ndërveprojnë me atome dhe/ose elektrone për të formuar grimca të ngarkuara elektrike. Muonet formohen nga mu-neutrinot dhe elektronet nga neutrinot elektronike. Ndezjet e dritës blu formohen rreth grimcave të ngarkuara të formuara. Ky është i ashtuquajturi rrezatim Cherenkov-Vavilov, i cili ndodh kur grimcat e ngarkuara lëvizin me një shpejtësi që tejkalon shpejtësinë e dritës në një mjedis të caktuar. Dhe kjo nuk bie ndesh me teorinë e Ajnshtajnit, e cila thotë se asgjë nuk mund të lëvizë më shpejt se shpejtësia e dritës në vakum. Në ujë, shpejtësia e dritës është vetëm 70% e shpejtësisë së dritës në vakum dhe, për rrjedhojë, mund të bllokohet nga shpejtësia e një grimce të ngarkuar.

Kur rrezatimi kozmik kalon nëpër shtresat e atmosferës, lindin një numër i madh mu-neutrinos, të cilët duhet të udhëtojnë vetëm disa dhjetëra kilometra deri në detektor. Super-Kamiokande mund të zbulojë mu-neutrinot që vijnë direkt nga atmosfera, si dhe ato neutrinot që hyjnë në detektor nga ana e kundërt, duke kaluar nëpër të gjithë trashësinë e globit. Pritej që numri i mu-neutrinos të zbuluar në të dy drejtimet të ishte i njëjtë, sepse trashësia e tokës nuk paraqet ndonjë pengesë për neutrinot. Megjithatë, numri i neutrinos që goditën Super-Kamiokande direkt nga atmosfera ishte shumë më i madh. Numri i neutrineve të elektroneve që mbërrinin në të dy drejtimet nuk ndryshonte. Rezulton se ajo pjesë e mu-neutrinës që udhëtoi një distancë më të madhe përmes trashësisë së tokës, ka shumë të ngjarë të shndërrohet disi në një tau-neutrinë. Megjithatë, ishte e pamundur të regjistroheshin këto transformime drejtpërdrejt në observatorin Super-Kamiokande.

Për të marrë një përgjigje përfundimtare për pyetjen rreth mundësisë së transformimeve të neutrinos ose lëkundjeve të neutrinos, një tjetër eksperiment u krye në observatorin e dytë të neutrinos, Observatori i Neutrinove Sudbury (Figura 3). Është ndërtuar 2000 metra nën tokë dhe është pajisur me 9500 detektorë drite. Observatori është projektuar për të zbuluar neutrinot diellore, energjia e të cilave është dukshëm më e ulët se ajo e gjeneruar në shtresat e atmosferës. Rezervuari ishte i mbushur jo vetëm me ujë të pastruar, por me ujë të rëndë, në të cilin çdo atom hidrogjeni në një molekulë uji ka një neutron shtesë. Kështu, probabiliteti i ndërveprimit të neutrinos me atomet e rënda të hidrogjenit është shumë më i lartë. Përveç kësaj, prania e bërthamave të rënda lejon që neutrinot të ndërveprojnë me reaksione të tjera bërthamore, dhe për këtë arsye do të vërehen ndezje të lehta me një intensitet të ndryshëm. Disa lloje reaksionesh bëjnë të mundur zbulimin e të gjitha llojeve të neutrinos, por për fat të keq, ato nuk lejojnë që një lloj të dallohet me saktësi nga tjetri.

Figura 3 - Observatori i Neutrinove Sudbury është një detektor diellor neutrino. Reaksionet midis bërthamave të rënda të hidrogjenit dhe neutrinoteve bëjnë të mundur zbulimin njëkohësisht vetëm të neutrinos elektronike dhe të gjitha llojeve të neutrineve. (Ilustrimet 2 dhe 3 nga faqja e internetit e Komitetit të Nobelit nobelprize.org dhe Akademisë Suedeze të Shkencave kva.se)

Pasi filloi eksperimenti, observatori zbuloi 3 neutrino në ditë nga 60 miliardë neutrino që mbërrinin në Tokë nga Dielli çdo 1 cm2. Dhe prapëseprapë ishte 3 herë më pak se numri i llogaritur i neutrineve diellore elektronike. Numri i përgjithshëm i të gjitha llojeve të neutrinos të zbuluar në observator korrespondonte me saktësi të lartë me numrin e pritur të neutrinos të emetuar nga Dielli. Një përgjithësim i rezultateve eksperimentale të dy observatorëve të neutrinos, teoria e propozuar nga Pontecorvo për mundësinë themelore të lëkundjeve të neutrinos bëri të mundur vërtetimin e ekzistencës së transformimeve të neutrinos në rrugën nga Dielli në Tokë. Në këto dy observatorë, Observatori Super-Kamiokande dhe Sudbury Neutrino, rezultatet e përshkruara u morën për herë të parë dhe interpretimi i tyre u propozua në 2001. Për të verifikuar përfundimisht korrektësinë e eksperimenteve, një vit më vonë, në vitin 2002, filloi eksperimenti KamLAND (Kamioka Liquid scintillator AntiNeutrino Detector), në të cilin një reaktor u përdor si burim neutroni. Disa vite më vonë, pasi u grumbulluan statistika të mjaftueshme, rezultatet mbi transformimin e neutrinos u konfirmuan me saktësi të lartë.

Për të shpjeguar mekanizmin e transformimeve të neutrinos ose lëkundjeve të neutrinos, shkencëtarët iu drejtuan teorisë klasike të mekanikës kuantike. Efekti i shndërrimit të neutrineve të elektroneve në mu- dhe tau-neutrinos supozon, nga pikëpamja e mekanikës kuantike, se neutrinot kanë masë, përndryshe ky proces është i pamundur edhe teorikisht. Në mekanikën kuantike, një grimcë e një mase të caktuar korrespondon me një valë të një frekuence të caktuar. Neutrinot janë një mbivendosje valësh, të cilat korrespondojnë me neutrinot e llojeve të ndryshme me masa të ndryshme. Kur valët janë në fazë, është e pamundur të dallosh një lloj neutrine nga një tjetër. Por gjatë një kohe të konsiderueshme të lëvizjes së neutrinos nga Dielli në Tokë, mund të ndodhë defazimi i valëve dhe më pas mbivendosja e tyre pasuese në një mënyrë tjetër është e mundur. Atëherë bëhet e mundur të dallojmë një lloj neutrinoje nga një tjetër. Këto ndryshime të çuditshme ndodhin sepse lloje të ndryshme neutrinos kanë masa të ndryshme, por ato ndryshojnë në një sasi shumë të vogël. Masa e një neutrine vlerësohet të jetë miliona herë më e vogël se masa e një elektroni - kjo është një sasi e parëndësishme. Megjithatë, për shkak të faktit se neutrinot janë grimca shumë të zakonshme, shuma e masave të të gjitha neutrinot është afërsisht e barabartë me masën e të gjithë yjeve të dukshëm.

Pavarësisht sukseseve të tilla të fizikantëve, shumë pyetje mbeten ende të pazgjidhura. Pse neutrinot janë kaq të lehta? A ka lloje të tjera të neutrinos? Pse neutrinot janë kaq të ndryshme nga grimcat e tjera elementare? Eksperimentet janë në vazhdim dhe ka shpresë se ato do të zbulojnë veti të reja të neutrinos dhe, në këtë mënyrë, do të na afrojnë të kuptojmë historinë, strukturën dhe të ardhmen e Universit.

Përgatitur nga materialet nga faqja e internetit nobelprize.org.

Literatura dhe burimet popullore

Duhet shtuar se të gjitha këto prova fillestare në favor të lëkundjeve të neutrinos u morën në "eksperimente në zhdukje". Këto janë lloji i eksperimenteve ku ne matim fluksin, shohim se është më i dobët se sa pritej dhe hamendësojmë se neutrinot që kërkojmë janë shndërruar në një varietet tjetër. Për të qenë më bindës, duhet të shihni të njëjtin proces drejtpërdrejt, përmes "eksperimentit mbi shfaqjen" e neutrinos. Eksperimente të tilla po kryhen gjithashtu tani dhe rezultatet e tyre janë në përputhje me eksperimentet e zhdukjes. Për shembull, në CERN ekziston një linjë e posaçme përshpejtuesi që "gjuajt" një rreze të fuqishme neutrinos muon në drejtim të laboratorit italian Gran Sasso, që ndodhet 732 km larg. Detektori OPERA i instaluar në Itali kërkon tau neutrinos në këtë rrymë. Gjatë pesë viteve të funksionimit, OPERA ka kapur tashmë pesë neutrino tau, kështu që kjo vërteton përfundimisht realitetin e lëkundjeve të zbuluara më parë.

Akti i dytë: Anomali diellore

Misteri i dytë i fizikës së neutrinos që kërkonte zgjidhje kishte të bënte me neutrinot diellore. Neutrinot lindin në qendër të Diellit gjatë shkrirjes termonukleare, ato shoqërojnë reaksionet që e bëjnë Diellin të shkëlqejë. Falë astrofizikës moderne, ne e dimë mirë se çfarë duhet të ndodhë në qendër të Diellit, që do të thotë se mund të llogarisim shkallën e prodhimit të neutrinos atje dhe rrjedhën e tyre që arrin në Tokë. Duke matur këtë rrjedhë në mënyrë eksperimentale (Fig. 6), ne do të jemi në gjendje të shikojmë drejtpërdrejt në qendër të Diellit për herë të parë dhe të kontrollojmë se sa mirë e kuptojmë strukturën dhe funksionimin e tij.

Eksperimentet për të zbuluar neutrinot diellore janë kryer që nga vitet 1960; një pjesë e çmimit Nobel në Fizikë për vitin 2002 shkoi vetëm për këto vëzhgime. Meqenëse energjia e neutrineve diellore është e vogël, në rendin e MeV ose më pak, një detektor neutrino nuk mund të përcaktojë drejtimin e tyre, por regjistron vetëm numrin e ngjarjeve të transformimit bërthamor të shkaktuara nga neutrinot. Dhe këtu, gjithashtu, një problem u ngrit menjëherë dhe gradualisht u forcua. Për shembull, eksperimenti Homestake, i cili funksionoi për rreth 25 vjet, tregoi se, pavarësisht nga luhatjet, fluksi që regjistroi ishte mesatarisht tre herë më i vogël se ai i parashikuar nga astrofizikanët. Këto të dhëna u konfirmuan në vitet '90 nga eksperimente të tjera, në veçanti Gallex dhe SAGE.

Besimi se detektori po funksiononte si duhet ishte aq i madh sa shumë fizikanë ishin të prirur të besonin se parashikimet teorike astrofizike po dështonin diku - proceset ishin shumë komplekse në qendër të Diellit. Megjithatë, astrofizikanët e përpunuan modelin dhe këmbëngulën në besueshmërinë e parashikimeve. Kështu, problemi vazhdoi dhe kërkonte një shpjegim.

Natyrisht, edhe këtu, teoricienët kanë kohë që mendojnë për lëkundjet e neutrinos. Supozohej se gjatë rrugës nga brendësia diellore, disa neutrino elektronike shndërrohen në muon ose tau. Dhe meqenëse eksperimentet si Homestake dhe GALLEX, për shkak të dizajnit të tyre, kapin ekskluzivisht neutrinot elektronike, ato nuk numërohen. Për më tepër, në vitet 70-80, teoricienët parashikuan që neutrinot që përhapen brenda Diellit duhet të lëkunden pak më ndryshe se në vakum (ky fenomen u quajt efekti Mikheev-Smirnov-Wolfenstein), i cili gjithashtu mund të ndihmojë në shpjegimin e anomalisë diellore.

Për të zgjidhur problemin e neutrinos diellore, ishte e nevojshme të bëhej një gjë në dukje e thjeshtë: të ndërtohej një detektor që mund të kapte fluksin e plotë të të gjitha llojeve të neutrinoteve, si dhe, veçmas, fluksin e neutrinoteve elektronike. Më pas do të jetë e mundur të sigurohemi që neutrinot e prodhuara brenda Diellit të mos zhduken, por thjesht të ndryshojnë llojin e tyre. Por për shkak të energjisë së ulët të neutrinos, kjo ishte problematike: në fund të fundit, ato nuk mund të shndërrohen në një muon ose tau lepton. Kjo do të thotë se ne duhet t'i kërkojmë ato në një mënyrë tjetër.

Detektori Super-Kamiokande u përpoq të përballonte këtë problem duke përdorur shpërndarjen elastike të neutrinos në elektronet e një atomi dhe duke regjistruar zmbrapsjen që merr elektroni. Një proces i tillë, në parim, është i ndjeshëm ndaj neutrineve të të gjitha llojeve, por për shkak të veçorive të ndërveprimit të dobët, kontributi dërrmues në të vjen nga neutrinot e elektroneve. Prandaj, ndjeshmëria ndaj fluksit total të neutrinos doli të ishte e dobët.

Dhe këtu një tjetër detektor neutrino, SNO, tha fjalën vendimtare. Në të, ndryshe nga Super-Kamiokande, ai përdorte ujë jo të zakonshëm, por të rëndë që përmbante deuterium. Bërthama e deuteriumit, deuteroni, është një sistem i lidhur dobët i një protoni dhe një neutroni. Nga ndikimi i një neutrine me një energji prej disa MeV, një deutron mund të shpërbëhet në një proton dhe një neutron: \(\nu + d \to \nu + p + n\). Ky proces, i shkaktuar nga komponenti neutral i ndërveprimit të dobët (bartës - Z-bozon), ka të njëjtën ndjeshmëri ndaj neutrineve të të tre llojeve, dhe zbulohet lehtësisht nga kapja e një neutroni nga bërthamat e deuteriumit dhe emetimi i një gama kuantike. Përveç kësaj, SNO mund të zbulojë veçmas neutrinot thjesht elektronike me ndarjen e një deuteroni në dy protone, \(\nu_e + d \to e + p + p\), që ndodh për shkak të komponentit të ngarkuar të ndërveprimeve të dobëta (bartësi është bozon W).

Bashkëpunimi SNO filloi mbledhjen e statistikave në vitin 1998 dhe kur u grumbulluan mjaft të dhëna, ai prezantoi rezultatet e matjes së fluksit total të neutrinës dhe komponentit të tij elektronik në dy botime, 2001 dhe 2002 (shih: Matja e shkallës së ν e +d→fq+fq+e B Dhe). Dhe disi gjithçka ra papritur. Fluksi total i neutrinos në fakt përputhej me atë që parashikoi modeli diellor. Pjesa elektronike ishte me të vërtetë vetëm një e treta e kësaj rryme, në përputhje me eksperimentet e shumta të mëparshme të gjeneratës së mëparshme. Kështu, neutrinot diellore nuk humbën askund - thjesht, pasi kishin lindur në qendër të Diellit në formën e neutrinos elektronike, ata në të vërtetë u shndërruan në neutrino të një lloji tjetër në rrugën e tyre për në Tokë.

Akti i tretë, duke vazhduar

Pastaj, në fund të shekullit, u kryen eksperimente të tjera neutrino. Dhe megjithëse fizikanët kanë dyshuar prej kohësh që neutrinot luhaten, ishin Super-Kamiokande dhe SNO ata që paraqitën argumente të pakundërshtueshme - kjo është merita e tyre shkencore. Pas rezultateve të tyre, një tranzicion fazor ndodhi papritmas në fizikën e neutrinove: problemet që mundonin të gjithë u zhdukën dhe lëkundjet u bënë fakt, objekt i kërkimit eksperimental dhe jo vetëm arsyetimi teorik. Fizika e neutrinos ka pësuar rritje shpërthyese dhe tani është një nga fushat më aktive të fizikës së grimcave. Zbulime të reja bëhen rregullisht atje, instalime të reja eksperimentale nisen në të gjithë botën - detektorë të atmosferës, hapësirës, ​​reaktorit, neutrinos përshpejtues - dhe mijëra teoricienë po përpiqen të gjejnë sugjerime të Fizikës së Re në parametrat e matur të neutrinos.

Është e mundur që herët a vonë do të jetë e mundur që në një kërkim të tillë të gjendet një teori e caktuar që do të zëvendësojë Modelin Standard, do të lidhë së bashku disa vëzhgime dhe do të na lejojë të shpjegojmë natyrshëm masat dhe lëkundjet e neutrinos, lëndën e errët dhe origjinën e asimetria midis materies dhe antimateries në botën tonë, dhe mistere të tjera. Fakti që sektori i neutrinos është bërë një lojtar kyç në këtë kërkim është kryesisht për shkak të Super-Kamiokande dhe SNO.

Burimet:
1) Bashkëpunim Super-Kamiokande. Dëshmi për lëkundjet e neutrineve atmosferike // Fiz. Rev. Lett. V. 81. Botuar më 24 gusht 1998.
2) Bashkëpunimi SNO. Matja e Normës së ν e +d→fq+fq+e− Ndërveprimet e prodhuara nga 8 B Neutrinot diellore në Observatorin e Neutrinos Sudbury // Fiz. Rev. Lett. V. 87. Botuar më 25 korrik 2001.
3) Bashkëpunimi SNO. Dëshmi të drejtpërdrejta për transformimin e shijes së neutrinos nga ndërveprimet neutrale-rryma në Observatorin e Neutrinove Sudbury // Fiz. Rev. Lett. V. 89. Botuar më 13 qershor 2002.

STOCKHOLM, 6 tetor. /Korr. TASS Irina Dergacheva/. Çmimi Nobel për Fizikë 2015 iu dha të martën Takaaki Kajita (Japoni) dhe Arthur MacDonald (Kanada) për zbulimin se neutrinot lëkunden, duke treguar se ato kanë masë.

Kjo është bërë e ditur nga Komiteti Nobel në Akademinë Mbretërore Suedeze të Shkencave.

Shuma e çmimit është një milion korona suedeze, që është afërsisht 8 milion rubla me kursin aktual të këmbimit. Ceremonia e ndarjes së çmimeve do të bëhet në ditën e vdekjes së Alfred Nobelit, më 10 dhjetor, në Stokholm.

Laureatët arritën të zgjidhnin një problem me të cilin fizikantët po luftonin për një kohë shumë të gjatë. Ata vërtetuan se grimcat e neutrinos kanë masë, megjithëse shumë të vogël. Ky zbulim quhet epoka për fizikën e grimcave.

"Ky zbulim ka ndryshuar të kuptuarit tonë për strukturën e brendshme të materies dhe mund të jetë vendimtar për të kuptuarit tonë të Universit," shpjegoi komiteti.

Neutrinoja është një grimcë elementare që është "përgjegjëse" për një nga katër ndërveprimet themelore, përkatësisht ndërveprimin e dobët. Ajo qëndron në themel të kalbjes radioaktive.

Ekzistojnë tre lloje të neutrinoteve: neutrinot elektron, muon dhe tau. Në vitin 1957, fizikani italian dhe sovjetik Bruno Pontecorvo, i cili punoi në Dubna, parashikoi se neutrinot e llojeve të ndryshme mund të shndërrohen në njëra-tjetrën - ky proces quhet lëkundjet e grimcave elementare. Megjithatë, në rastin e neutrinos, ekzistenca e lëkundjeve është e mundur vetëm nëse këto grimca kanë masë, dhe që nga zbulimi i tyre, fizikantët kanë besuar se neutrinot janë grimca pa masë.

Supozimi i shkencëtarëve u konfirmua eksperimentalisht njëkohësisht nga grupe studiuesish japonezë dhe kanadezë të udhëhequr, përkatësisht, nga Takaaki Kajita dhe Arthur MacDonald.

Kajita ka lindur në vitin 1959 dhe aktualisht punon në Universitetin e Tokios. MacDonald ka lindur në vitin 1943 dhe punon në Queen's University në Kingston, Kanada.

Fizikani Vadim Bednyakov mbi lëkundjet e neutrinos

Pothuajse në të njëjtën kohë, një grup fizikantësh të udhëhequr nga laureati i dytë Arthur MacDonald analizuan të dhënat nga eksperimenti kanadez SNO të mbledhura në Observatorin Sudbury. Observatori vëzhgoi rrjedhat e neutrinos që fluturonin nga Dielli. Ylli lëshon rrjedha të fuqishme të neutrinos elektroneve, por në të gjitha eksperimentet shkencëtarët vunë re humbjen e rreth gjysmës së grimcave.

Gjatë eksperimentit SNO, u vërtetua se njëkohësisht me zhdukjen e neutrineve të elektroneve, në rrjedhën e rrezes shfaqen afërsisht i njëjti numër neutrinash tau. Kjo do të thotë, McDonald dhe kolegët vërtetuan se lëkundjet e neutrineve diellore elektronike ndodhin në tau.

Provimi se neutrinot kanë masë kërkon një rishkrim të Modelit Standard, teorisë bazë që shpjegon vetitë e të gjitha grimcave elementare të njohura dhe ndërveprimet e tyre.

Në vitin 2014, çmimi më prestigjioz shkencor në fizikë iu dha shkencëtarëve japonezë Isamu Akasaki, Hiroshi Amano dhe Suji Nakamura për shpikjen e diodave blu që lëshojnë dritë (LED).

Rreth çmimit

Sipas testamentit të Alfred Nobelit, çmimi i fizikës duhet t'i jepet "kushdo që bën zbulimin apo shpikjen më të rëndësishme" në këtë fushë. Çmimi ndahet nga Akademia Mbretërore Suedeze e Shkencave, e vendosur në Stokholm. Trupi i tij punues është Komiteti Nobel për Fizikë, anëtarët e të cilit zgjidhen nga akademia për tre vjet.

Çmimi i parë u mor në vitin 1901 nga William Roentgen (Gjermani) për zbulimin e rrezatimit të quajtur pas tij. Ndër laureatët më të famshëm janë Joseph Thomson (Britania e Madhe), i njohur në vitin 1906 për kërkimet e tij mbi kalimin e energjisë elektrike përmes gazit; Albert Einstein (Gjermani), i cili mori çmimin në vitin 1921 për zbulimin e tij të ligjit të efektit fotoelektrik; Niels Bohr (Danimarkë), i dhënë në vitin 1922 për kërkimet e tij atomike; John Bardeen (SHBA), dy herë fitues i çmimit (1956 - për kërkime në gjysmëpërçuesit dhe zbulimin e efektit të transistorit, 1972 - për krijimin e teorisë së superpërçueshmërisë).

Shkencëtarët nga vende të ndryshme kanë të drejtë të nominojnë kandidatë për çmimin, duke përfshirë anëtarë të Akademisë Mbretërore Suedeze të Shkencave dhe laureatë të Çmimit Nobel në fizikë, të cilët kanë marrë ftesa të veçanta nga komiteti. Kandidatët mund të propozohen nga shtatori deri më 31 janar të vitit pasardhës. Më pas Komiteti Nobel, me ndihmën e ekspertëve shkencorë, përzgjedh kandidatët më të denjë dhe në fillim të tetorit Akademia zgjedh laureatin me shumicë votash.

Shkencëtarët rusë kanë fituar dhjetë herë çmimin Nobel në Fizikë. Kështu, në vitin 2000, Zhores Alferov iu dha për zhvillimin e tij të konceptit të heterostrukturave gjysmëpërçuese për optoelektronikën me shpejtësi të lartë. Në vitin 2003, Alexey Abrikosov dhe Vitaly Ginzburg, së bashku me britanikun Anthony Leggett, morën këtë çmim për kontributin e tyre inovativ në teorinë e superpërçuesve. Në vitin 2010, Konstantin Novoselov dhe Andre Geim, që tani punojnë në Mbretërinë e Bashkuar, iu dha një çmim për krijimin e materialit më të hollë në botë - grafenit.

Fizikantë, laureatë Çmimi Nobel 2015, zbuloi fenomenin, të papajtueshme me të pranuara përgjithësisht Modeli standard i grimcave elementare. Në mënyrë të pavarur nga njëri-tjetri, ata e konfirmuan këtë në mënyrë eksperimentale neutrinot kanë masë. Mekanizmi Higgs i formimit të masave të grimcave elementare nuk mund ta shpjegojë këtë fenomen. Sipas Modelit Standard, neutrinot nuk duhet të kenë masë.

Lindin shumë pyetje dhe hapet një fushë e gjerë për kërkime të reja.

Kthehu brenda 60-ta shekullit të kaluar Bruno Pontecorvo, italian i famshëm dhe sovjetike(emigroi në BRSS në vitin 1950) fizikant, i cili ka punuar në Instituti i Përbashkët për Kërkime Bërthamore V Dubna, sugjeroi që neutrinot kanë masë dhe propozoi idenë e një eksperimenti për të testuar këtë hipotezë. Vërtetimi i pranisë së masës në neutrinot mund të vërehet duke vëzhguar lëkundjet e tyre. Lëkundjet janë procese të përsëritura në gjendjen e një sistemi.

Për neutrinot kjo është duke përsëritur transformimin e tre llojeve të neutrinos(neutrinot elektron, muon dhe tau) në njëri-tjetrin. Nga teoria rrjedh se kohëzgjatja e periudhave të lëkundjeve përcaktohet nga ndryshimi në katrorët e masave të neutrinos që kalojnë nga një lloj në tjetrin. Besohej se neutrina elektronike kishte masën më të vogël, neutrina e muonit kishte pak më shumë, dhe neutrina tau kishte edhe më shumë. Duke vëzhguar lëkundjet, është e mundur të vlerësohet ndryshimi në katrorët e masave dhe në këtë mënyrë të vërtetohet se masat e neutrinos ekzistojnë, por në këtë eksperiment është e pamundur të vlerësohet vlera e masave të secilit lloj neutrinoje veç e veç.

Laureat i çmimit Nobel Arthur MacDonald studioi fluksin e neutrinos diellore në Observatorin Sudbury Neutrino në Kanada. Flukset e neutrinos nga Dielli janë studiuar shumë herë në observatorë të ndryshëm nëntokësorë në mbarë botën dhe gjithmonë ka rezultuar se fluksi i neutrinos i vëzhguar është tre herë më i vogël se sa pritej. Fluksi i pritur u vlerësua në përputhje me rendimentin e neutrinos nga reaksionet termonukleare që ndodhin në bërthamën diellore. Si rezultat i këtyre reaksioneve, një rrjedhë e neutrinos elektroneve rrjedh nga Dielli. Ishte ky lloj neutrine që detektorët ishin në gjendje të zbulonin. Prej kohësh është supozuar se në rrugën e tyre nga Dielli, neutrinot mund të shndërrohen nga elektron në lloje të tjera. Arthur MacDonald ishte në gjendje të vëzhgonte flukset e të tre llojeve të neutrinos dhe të tregonte se në total ato korrespondonin me atë që pritej. U tregua se periudha e lëkundjeve është më e shkurtër se koha që i duhet rrjedhës së neutrinos për të udhëtuar nga Dielli në Tokë dhe gjatë kësaj kohe një numër i madh i neutrinos elektroneve arrijnë të shndërrohen në muon dhe tau. Kështu, u zbulua eksperimentalisht procesi i lëkundjeve dhe, për rrjedhojë, u vërtetua se neutrinoja ka masë.

Laureat i çmimit Nobel Takaaki Khajiit kreu vëzhgime të neutrinos me energji të lartë në teleskopin neutrino Super-Kamiokande. Neutrinot me energji të lartë lindin në atmosferën e Tokës si rezultat i veprimit të rrezeve kozmike. Eksperimenti konsistonte në krahasimin e flukseve të netrinove muonikë që mbërrinin në detektor direkt nga atmosfera me fluksin e neutrinos nga ana e kundërt e Tokës, duke kaluar nëpër të gjithë trashësinë e Tokës në detektor. Doli se në rrjedhën e dytë disa nga neutrinot muonore u kthyen në elektrone. Kështu, u vërtetua në mënyrë të pavarur se lëkundjet ndodhin në flukset e neutrinos, dhe, për rrjedhojë, neutrinot kanë masë.

Në realitet, si vetë proceset ashtu edhe vëzhgimet e tyre janë shumë më komplekse se ato të përshkruara në këtë tekst.