Відриття, що елементарні частинки нейтрино, подорожуючи, змінюють «аромати» (квантові числа, які ідентифікують їх під час сильної та електромагнітної взаємодій), яке доводить, що ці частинки мають масу, й потенційно пояснює, чому матерія у Всесвіті переважає над антиматерією, принесло Тасаакі Каджиті з Токійського університету та Артуту МакДональду з Королівського університету в Кінґстоні цьогорічну Нобелівську премію у галузі фізики.
Каджита та МакДональд зробили відкриття на двох детекторах нейтрино – Super-Kamiokande у м. Хіда (Японія) та SNO (Sudbury neutrino observatory) у м. Садбері (Канада) – у 1998 та 2001 рр. відповідно.
Однією з головних білих плям Стандартної теорії елементарних частинок – найкращого нині пояснення універсуму частинок і сил – була загадка, чому нейтрино мають масу. «Після бозону Гіґґса я б назвав це найбільшим відкриттям у галузі елементарних частинок за останні 30 років», – вважає фізик-теоретик з Чиказького університету Денієл Гупер.
Нейтрино існують у трьох станах, які у фізиці називаються ароматами, – електронному, мюонному й тау. Їх є більше, ніж будь-якої іншої частинки у Всесвіті, окрім фотонів. Щосекунди крізь кожний квадратний сантиметр поверхні Землі проходять мільярди нейтрино. Проте вони настільки слабо взаємодіють з матерією, що про їхні властивості відомо дуже мало.
Загадка про те, чи нейтрино мають масу, існує ще від 1960-х. Більше це питання почало інтриґувати науковців у 1990-і, коли експеримент, поставлений в золотій шахті Ґолдстейк у Південній Дакоті, виявив, що від Сонця до Землі приходить менше нейтрино, ніж випливає з теорії. До речі, автор цього експерименту Реймонд Девіс отримав фізичного Нобеля 2002 р. за створення техніки детектування космічних нейтрино.
Розв'язати цю проблему й взялися команди Каджити та МакДональда. Каджита спостеріг, що мюонні нейтрино, які виникають, коли сонячні промені взаємодіють з атмосферою Землі, виявляють тенденцію до зникнення на шляху до детектора Super-Kamiokande, який становить собою сталевий бак з водою, вміщений у цинкову шахту.
Щоб достовірно це підтвердити, не досить було лише детектувати ці «загублені» нейтрино – належало показати, що вони змінили аромат. Саме це й зробила команда М. МакДональда на SNO – резервуарі з водою у нікелевій шахті на глибині 2 000 м під землею.
Відкриття має дуже вагомі наслідки. Адже воно доводить, що нейтрино і не позбавлені маси, і не мають якоїсь фіксованої маси, а радше утворені квантовою суперпозицією з трьох станів маси, чиї пропорції можуть змінюватися під час руху частинки. Властивості нейтрино та їхніх кузенів з антиматерії – антинейтрино – можуть пролити світло на фізику поза Стандартною моделлю, вважає фізик-теоретик Федерального технологічного інституту Цюриха Андре Руббіа. З його слів, рожбіжності в осциляції нейтрино й антинейтрино дозволяють пояснити проблему баріонної асиметрії Всесвіту, тобто переважання матерії над антиматерією.
Проектом Super-Kamiokande у 1998 р. керував ще один японський фізик Йоджі Тоцука, який помер у 2008 р. На думку А. Руббіа, якби він дожив до сьогодні, то, мабуть, також отримав би Нобеля.
Elizabeth Gibney & Davide Castelvecchi
Morphing neutrinos win physics Nobel
Nature, 6/10/2015
Зреферував Євген Ланюк
08.10.2015