Polacy mieli wkład w badania nagrodzone Noblem z fizyki

Zwycięzcami zostali Takaaki Kajita, z japońskiego eksperymentu Super-Kamiokande oraz Arthur B. McDonald, z kanadyjskiego eksperymentu SNO. W eksperymencie Super-Kamiokande udział brały od wielu lat polskie zespoły naukowe.

Informację tę przekazał Marek Sieczkowski, rzecznik prasowy Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ). Okazuje się, że w osiągnięcia noblistów z fizyki wkład miała także polska nauka.

Japończyk Takaaki Kajita i Kanadyjczyk Arthur McDonald zostali laureatami tegrocznej nagrody Nobla w dziedzinie fizyki za odkrycie oscylacji neutrin, które pokazuje, że cząstki te mają masę. Razem z fizykami docenione zostały eksperymenty, w których pracowali: Super-Kamiokande w Japonii i SNO w Kanadzie.

Jak informuje Marek Sieczkowski, eksperyment Super-Kamiokande w którym pracują Polacy z Narodowego Centrum Badań Jądrowych, znajduje się w Japonii, w podziemnym laboratorium Kamioka. Umieszczony 1km pod ziemią detektor składa się z ogromnego zbiornika w kształcie walca o (40 m wysokości, 40 m średnicy) wypełnionego ultra czystą wodą i otoczonego przez ponad 11 tysięcy fotodetektorów. W detektorze rejestrowane są produkty oddziaływań neutrin z cząstkami wody. W wyniku takiego zdarzenia produkowane są cząstki naładowane, głównie elektrony i miony, które poruszając się w wodzie z prędkościami większymi niż prędkość światła emitują promieniowanie Czerenkowa. Światło to jest rejestrowane przez fotodetektory znajdujące się na ścianach zbiornika i dostarcza informacji o kierunku, rodzaju oraz energii neutrin. W doświadczeniu rejestruje się neutrina pochodzące z wielu źródeł: neutrina słoneczne, atmosferyczne oraz ze sztucznie wyprodukowanej wiązki. Nagroda Nobla dotyczy odkrycia oscylacji neutrin produkowanych w górnych warstwach atmosfery ziemskiej (neutrin atmosferycznych), których część po przejściu przez Ziemię zmienia swój rodzaj.

- Cześć doświadczenia Super-Kamiokande stanowi również projekt T2K, realizowany przy znacznym wkładzie grup z Polski - dodaje Sieczkowski. - W tym doświadczeniu bada się oscylacje neutrin wyprodukowanych w kompleksie akceleratorowym J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) w miejscowości Tokai na wschodnim wybrzeżu Japonii. Wiązka neutrin przesyłana jest z Tokai do detektora Super-Kamiokande, usytuowanego 295 km dalej przy zachodnim brzegu wyspy Honsiu.

NCBJ informuje, że w eksperymencie Super-Kamiokande od samego początku jego projektowania uczestniczyła prof. Danuta Kiełczewska z Uniwersytetu Warszawskiego. Zapoczątkowało to rosnące zaangażowanie polskich fizyków w eksperymenty fizyki neutrin w Japonii. Dziś W Polsce istnieją cztery silne ośrodki fizyki neutrin: Warszawa, Kraków, Katowice i Wrocław. Najsilniejsza grupa fizyków neutrinowych to Warszawska Grupa Neutrinowa. Stanowią ją naukowcy z Uniwersytetu Warszawskiego, Narodowego Centrum Badań Jądrowych oraz Politechniki Warszawskiej. Grupa pracuje przy eksperymentach: Super-Kamiokande, T2K, Minos, Icarus znajdujących się w Japonii, USA i Europie. Przygotowuje sprzęt i oprogramowanie do owych eksperymentów, analizuje dane pochodzące z nich i dokonuje odkryć. Najważniejsze odkrycie w fizyce neutrin ostatnich lat - potwierdzenie oscylacji neutrin mionowych w elektronowe - stało się udziałem również Polskiej Grupy Neutrinowej.

Polscy fizycy biorą udział we wszystkich fazach eksperymentów, w które są zaangażowani - poczynając od przygotowywania sprzętu i oprogramowania, uczestnictwie w zbieraniu danych przez eksperyment, ich analizowaniu, a skończywszy na przygotowywaniu publikacji, w której przedstawiany jest ostateczny wynik, odkrycie. Współpraca pomiędzy polskimi grupami i ośrodkami zagranicznymi wciąż jest poszerzana. Neutrinowe grupy polskie powiększają się, zdobywają doświadczenie i rozwijają są cenieni przez międzynarodowe zespoły naukowców.

Jak informuje rzecznik NCBJ eksperyment SNO, prowadzony przez drugiego zdobywcę nagrody Nobla z fizyki – detektor eksperymentu SNO (Sudbury Neutrino Observatory) - położony jest ponad 2 km pod ziemią w Sudbury w Kanadzie. W doświadczniu mierzono ile neutrin różnych zapachów dociera ze Słońca do powierzchni Ziemi. Obserwacja neutrin innych niż elektronowe (mionowych i taonowych) pochodzących z naszej gwiazdy była bezpośrednim dowodem na oscylacje neutrin, bowiem Słońce w sposób bezpośredni może produkować tylko neutrina elektronowe.

„Neutrina to jedne z najbardziej tajemniczych cząstek elementarnych” – tłumaczy w komunikacie NCBJ prof. dr hab. Ewa Rondio, dyrektor naukowcy Narodowego Centrum Badań Jądrowych, szefowa warszawskiej grupy neutrinowej – „Biliony neutrin przelatują w każdej sekundzie przez nasze ciała, nie czynią nam jednak krzywdy – ich oddziaływanie z materią jest zbyt słabe. Nie mają ładunku i posiadają bardzo małą masę, dlatego bardzo trudno je wykryć, niosą jednak wiele interesujących informacji zarówno o początkach Wszechświata jak i własnościach materii nas otaczającej”.

Czytaj także: Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii otrzymali naukowcy badający procesy odtwarzania łańcuchów DNA

Oscylacje neutrin to kwantowo-mechaniczny fenomen polegający na zmianie tożsamości neutrina podczas jego lotu przez przestrzeń.

„Neutrina występują w trzech odmianach, nazywanych zapachami: elektronową, mionową lub taonową – zjawisko zmiany ich zapachu było przełomowym odkryciem poszerzającym naszą wiedzę o świecie mikroskopijnych cząstek elementarnych” – dodaje dr Paweł Przewłocki, z Zakładu Fizyki Wielkich Energii NCBJ, uczestnik eksperymentu T2-K - "W wyniku tego odkrycia dowiedzieliśmy się, że neutrina mają niezerową masę, czego nie przewidywał Model Standardowy, teoria opisująca oddziaływania cząstek elementarnych”.

Obydwaj laureaci przyczynili się znacząco do rozwikłania zagadki oscylacji – jeden z nich był szefem analizy eksperymentu Super-Kamiokande, drugi – liderem eksperymentu SNO - informuje Marek Sieczkowski.

„Obserwacja nowego rodzaju oscylacji otwiera drogę do badania tzw. łamania symetrii ładunkowo-przestrzennej (CP), która umożliwia rozróżnienie pomiędzy materią i antymaterią” – dodaje w komunikacie NCBJ dr Justyna Łagoda, kierująca grupą neutrinową w Zakładzie Fizyki Wielkich Energii NCBJ, uczestnik eksperymentu Super-Kamiokande – „Łamanie symetrii CP w oddziaływaniach neutrin na bardzo wczesnym etapie ewolucji Wszechświata może być przyczyną obserwowanej dominacji materii nad antymaterią, co jest jedną z największych zagadek współczesnej nauki”.