Нобеловата награда по физика, 2015: За метаморфозите на неутриното и неговата маса

Такааки Каджита и Артър Макдоналд

Нобеловата награда за физика за 2015 година е присъдена съвместно на японеца Такааки Каджита (1959) и канадеца Артър Макдоналд (1943). Те са удостоени с наградата „за откриването на неутринни осцилации (трептения), които показват, че частиците неутрино имат маса".

Наградата е признание за Такааки Каджита и Артър Б. МакДоналд, за техния ключов  принос към експериментите, които показват, че неутриното променя своята идентичност т.е превръща се от един вид в друг. Тази метаморфоза изисква неутриното да притежава маса. Откритието променя нашето разбиране за дълбокия строеж на материя и може да промени нашия цялостен поглед към Вселената.

В началото на новото хилядолетие Такааки Каджита прави откритието, че неутриното в земната атмосфера превключва между две самоличности по пътя си към детектора Super-Kamiokande в Япония. В същото време изследователска група в Канада, ръководена от Артър Б. МакДоналд доказва, че потоците неутрино от Слънцето не  изчезват по пътя си към Земята. Вместо това те са регистрирани с друга самоличност, когато пристигат до обсерватория Sudbury Neutrino.

По този начин пъзелът на неутриното, върху който физиците работиха десетилетия наред беше решен. По пътя си от Слънцето до Земята, теоретично пресметнатия брой неутрино намаляваше с две трети, т.е неутриното буквално „изчезваше”. Сега, двата експеримента са открили, че неутриното не изчезва, а се променя неговата идентичност. Откритието води до извода, че неутриното, което дълго време се смяташе за безмасова частица, трябва да има някаква маса, макар и много малка. За физиката на елементарните частици това е историческо откритие. Новите наблюдения ясно показват, че Стандартния модел не може да бъде считан за завършена теория за строежа на материята и на основните съставни части на Вселената.

След фотоните, частиците неутрино са най-многобройни в цялото космическо пространство. Земята е постоянно бомбардирана от тях. Много неутрино се създават в реакции между космическото лъчение и земната атмосфера. Други са произвеждат в ядрени реакции във вътрешността на Слънцето и при разпадането на някои частици. Хиляди милиарди неутрино преминават през нашите органи всяка секунда. Едва ли нещо може да ги спре, частиците неутрино  са най-неуловими елементарни частици в природата.

Теоретично съществуването на неутриното е предсказано от В. Паули през 1930 г. за да обясни „липсващата” енергия при бета-разпадане на радиоактивните елементи. Именно неутриното отнася със себе си тази енергия. Изключително трудно за регистриране неутриното експериментално е открито едва през 1956 г.

Както е известно на трите вида лептони в Стандартния модел (електрон, мюон и тау-лептон), съответства по един вид неутрино: електронно неутрино, мюонно неутрино и тау-неутрино. Неутриното е електронеутрална частица с голяма проникваща способност – преминава безпрепятствено през нашата планета. Пристигащите до нас потоци неутрино носят важна информация за ранните стадии от развитието на Вселената и за процесите в недрата на звездите.