Нобеля по физике вручили за новое слово в исследовании Вселенной

Нобелевскую премию по физике получили канадец Артур Б. Макдональд и японец Такааки Кадзита — за открытие нейтринных осцилляций. «Это открытие изменило наше представление о материи и может решающим образом изменить наше представление о Вселенной», — говорится в пресс-релизе Нобелевского комитета.

Лауреаты-2015: Такааки Кадзита (слева) и Артур Б. Макдональд AFP PHOTO / JONATHAN NACKSTRAND

Артур Б. Макдональд (1943 г.р.) — профессор Калифорнийского технологического института (США) и почетный профессор Университета Куинс (Канада). Такааки Кадзита (1959) — профессор Университета Токио, возглавляющий Институт исследования космических лучей.

Нейтрино — это элементарные частицы с массой покоя много меньше массы электрона. Процессы, приводящие к образованию нейтрино, происходят в недрах земли и ее атмосфере, внутри Солнца и других звезд.

«Тема очень важная и интересная, ей занимаются многие институты, и очень хорошо, что она получила заслуженную оценку, — рассказала в интервью RFI Татьяна Михайловна Роганова, доктор физико-математических наук, заведующая лабораторией Теории электронно-фотонных ливней НИИ ядерной физики МГУ. — Мы тоже занимаемся осцилляциями нейтрино, и у нас тоже есть серьезные успехи, но они достигнуты позже. Еще и поэтому мы рады, что к этой теме проявлен такой большой интерес Нобелевского комитета».

RFI: Какие успехи у вашего института в этой области?

Татьяна Роганова: Мы участвуем в международной коллаборации OPERA, в которую входит больше 250 человек: много итальянцев, французов, немцев, 4 российских института. Работы проводятся на базе подземной лаборатории Национального института ядерной физики итальянского Гран-Сассо. Там уже много лет функционирует установка, которая регистрирует пучок нейтрино из ЦЕРНа (CERN) в Италию. Пучок нейтрино проходит 720-километровую базу, и мы смотрим, какое количество нейтрино перешло в другое состояние. Мы нашли пять таких событий — столько, сколько должно быть, что свидетельствует о том, что есть осцилляция. Если есть осцилляция, если есть переход одного типа нейтрино в другой, то это предполагает, что у нейтрино есть масса.

К чему в дальнейшем может привести открытие нейтринных осцилляций?

Татьяна Роганова: В практическом плане это всегда сказать очень трудно. А в исследовательском, фундаментальном плане это очень важная вещь, потому что это фактически расширяет стандартную модель взаимодействий, которая была подтверждена открытием бозона Хиггса. Это открывает новые горизонты исследований. Надо понимать, с чем связано существование массы нейтрино, какова иерархия масс нейтрино, и как они выстроены относительно друг друга. Это открывает путь дальнейших исследований, и это очень важно для фундаментальной физики.

«Премия присуждена за „discovery of neutrino oscillations, which shows that neutrinos have mass“ („открытие осцилляций нейтрино, которое показывает, что эти частицы имеют массу“), — дополняет Тимур Джатдоев, научный сотрудник того же НИИ ядерной физики МГУ, кандидат физико-математических наук. — Осцилляции нейтрино — это взаимные превращения различных типов нейтрино (их называют „ароматами“) по мере движения этих частиц в вакууме или среде».

Впервые идею осцилляций выдвинул в 1957 г. Б. М. Понтекорво. Тогда был известен только один аромат нейтрино — электронные, поэтому Понтекорво рассматривал осцилляции электронных нейтрино в антинейтрино и обратно. После открытия мюонных нейтрино появились модели осцилляций между двумя и тремя ароматами. Первое указание на возможность осцилляций было получено в эксперименте Р. Дэвиса и др., в котором был обнаружен дефицит солнечных электронных нейтрино. Следующий важный результат — наблюдение искажения углового распределения атмосферных нейтрино в эксперименте Super-Kamiokande. Работа Дэвиса и Кошибы (из эксперимента Super-Kamiokande) была отмечена Нобелевской премией «за создание нейтринной астрономии», то есть, формально, за методику.

В эксперименте SNO был зарегистрирован поток всех трех типов солнечных нейтрино; он совпал с предсказанным; подтвердилось, что дефицит электронных нейтрино связан с осцилляциями. За последнюю работу SNO и работу Super-Kamiokande по наблюдению искажения углового распределения нейтрино и была присуждена премия в 2015 г. Тем самым показано, что масса нейтрино отлична от нуля. В настоящее время это единственный эффект, который выходит за рамки Стандартной модели физики частиц и наблюдается в лабораторных условиях.

За последние три года, добавляет Тимур Джатдоев, были получены несколько важных результатов, и впереди еще целый ряд экспериментов (на которых мы просто физически не сможем остановиться подробно), но вот сверхзадачу исследований можно сформулировать следующим образом.

Тимур Джатдоев: «Современные эксперименты с осцилляциями нейтрино могут использоваться для поиска нарушения фундаментальных симметрий. Потому что иначе, если симметрии не нарушались бы, и даже в том случае, если вещество и антивещество пространственно разделились бы, они бы опять постепенно начали аннигилировать (аннигиляция — реакция превращения частицы и античастицы при их столкновении в какие-либо иные частицы, отличные от исходных — прим. RFI). В мире не осталось бы материи, только одно излучение».