Нобелевская премия по физике 2015 года
6 октября 2015 года Королевская шведская академия наук объявила, что Нобелевская премия по физике равными долями присуждается Такааки Кадзите и Артуру Б. Макдональду — «за открытие осцилляций нейтрино, которое показывает, что нейтрино обладают массой».
Это одна из тех наград, у которых уже сама формулировка рассказывает всю историю: две группы на двух континентах независимо друг от друга показали одно и то же, а то, что они показали, исправило учебник.
Два эксперимента
Super-Kamiokande лежит на глубине тысячи метров в цинковой шахте близ Хиды в Японии: бак с 50 000 тоннами сверхчистой воды, выложенный более чем 11 000 фотоумножителями. Они регистрируют слабые световые вспышки, возникающие, когда нейтрино в виде исключения всё же взаимодействует с атомным ядром. Группа Кадзиты в 1998 году сравнила нейтрино, приходившие сверху, с теми, что прошли сквозь всю Землю. Пришедших издалека недоставало — причём ровно так, как это предсказывает осцилляция.
Sudbury Neutrino Observatory работала на глубине 2 100 метров под землёй в никелевой шахте в Онтарио. Её приёмом было наполнение: тяжёлая вода, взятая взаймы из канадских реакторных запасов. Благодаря этому группа Макдональда могла измерять две вещи одновременно — электронные нейтрино в отдельности и все три сорта вместе. Результат 2001 года был однозначен: электронных нейтрино от Солнца недоставало, общее же число сходилось полностью. Недостающие не исчезли, они превратились.
Почему это открытие весило так много
Стандартная модель физики элементарных частиц числила нейтрино безмассовыми. Она десятилетиями выдерживала практически всякое предсказание. Однако осцилляция возможна лишь тогда, когда нейтрино обладают массой, — значит, модель пришлось расширить.
Тем самым это открытие принадлежит к тем немногим за последние десятилетия, которые не подтвердили предсказание, а указали на пробел. Оно и поныне остаётся одним из важнейших указателей к физике за пределами Стандартной модели.
Значение для нейтриновольтаики
Для всякой технологии, которая хотела бы получать энергию из потока нейтрино, 2015 год — год фундамента. Частица без массы движется со скоростью света и не может быть заторможена; частица с массой несёт импульс и может импульс отдать. Только благодаря этому вопрос о преобразовании вообще становится физическим вопросом.
Поэтому Neutrino® Energy Group числит премию 2015 года первым из трёх якорей своей работы. Два других — это измерение когерентного рассеяния коллаборацией COHERENT в 2017 году и обнаружение тока от колебаний графена Тибадо в 2020 году.
Лауреаты
Такааки Кадзита, родившийся в 1959 году в Хигасиматсуяме, на момент награждения был директором Института исследования космических лучей Токийского университета.
Артур Брюс Макдональд, родившийся в 1943 году в Сиднее, Новая Шотландия, был заслуженным профессором Университета Куинс в Кингстоне, Онтарио, и многолетним руководителем коллаборации SNO.
Оба подчёркивали в своих нобелевских лекциях работу коллабораций — в Super-Kamiokande и SNO участвовали по несколько сотен учёных.
Связанные понятия
- Осцилляции нейтрино — отмеченное наградой явление
- Когерентное упругое рассеяние нейтрино на ядре — второй якорь, измеренный в 2017 году
- Графен — материал третьего якоря
- Нейтриновольтаика — подход, который строится на этих трёх результатах
Источники
- Королевская шведская академия наук: пресс-релиз о Нобелевской премии по физике 2015 года, 6 октября 2015 года, и Scientific Background: Neutrino Oscillations.
- Y. Fukuda и др. (Super-Kamiokande): Physical Review Letters 81, 1562 (1998).
- Q. R. Ahmad и др. (SNO): Physical Review Letters 89, 011301 (2002).