Nositeli Nobelovy ceny za fyziku jsou dva experimentální fyzici, kteří potvrdili dlouhodobé podezření a velmi přesvědčivě dokázali, že neutrina se během svého dlouhého života mohou měnit z jednoho typu - odborně se tomu říká vůně - na jiný. (Tento proces se nazývá oscilace, ale to není až tak důležité.)
Kajitův a McDonaldův úspěch se může zdát jako triviální záležitost, ale detekce neutrin je velmi, velmi obtížná. Tyto částice běžnou hmotou kolem nás prolétají neustále, ale „srazí“ se s ní jen zcela výjimečně. Detekce neutrin tak probíhá na velmi citlivých, pečlivě konstruovaných a specializovaných detektorech, kterých je po světě jenom několik. (MacDonald jeden z nich, kanadský SNO, dlouhodobě vede a byl jedním z jeho duchovních otců. Kajita pracoval spíš na interpretaci údajů z japonského detektoru Super-Kamiokande.)
Příprava detektorů detektoru Super-Kamiokande. V roce 2001 zažil detektor velkou nehodu, kdy bylo zničeno celkem 6 600 fotonásobičů.
Vraťme se ovšem k oceněnému objevu. Náznaky toho, že neutrina mění vůni byly poprvé pozorovány v roce 1960 na experimentu v dole Homestake v Jižní Dakotě. Postupně ho potvrdily další experimenty. Trvalo to ovšem poměrně dlouho, první přesvědčivé výslekdy podaly v letech 1998 japonský Super-Kamiokande a v roce 2001 SNO. Velmi zjednodušeně dokázaly, že při pečlivě provedené inventuře některé typy neutrin chybí a jiné přebývají.
Je to dané tím, že neutrina během svého letu obrazně řečeno mění kabát. Vznikají při srážkách či rozpadech částic ve třech různých „vůních“, ale ta se postupně mění. Na Zemi pak můžeme vlastně neutrino jiného typu, než které vylétlo od zdroje. (Silným je třeba naše Slunce.) „Experimenty obou letošních laureátů byly první, které přesvědčivě doložily, že výsledky měření se výrazně odlišují od předpovědi bez oscilace – čili naznačují, že teoreticky předpovězená oscilace neutrin skutečnost velmi dobře vysvětluje,“ vysvětluje Karel Soustružník z Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy.
Fyzikální důsledek existence proměny neutriny je na pohled trochu nelogický, ale z matematického hlediska z pozorování vyplývalo, že jednotlivé vůně neutrin se liší svou hmotností - což zase znamená, že neutrina vůbec nějakou hmotnost mají. „Pravděpodobnost oscilace závísí na rozdílu hmotnosti neutrin. Pokud by byly stejne, tedy například nulové, oscilace by nenastavaly,“ přibližuje Karel Soustružník důsledky pozorování.
Fakt, že neutrina mají hmotnost, byl poměrně velkým překvapením. Dlouho jsme je popokládali za nehmotné částice. Přitom nevíme, proč by to tak mělo být jinak, a jaký princip těmto částicím vlastně hmotnost dává a proč je výrazně nižší než u jiných částic. I proto se neutrina mohou stát velmi zajímavým oknem do světa fyziky, která přesahuje naše současné znalosti.
Pohled na detektor SNO 2 100 metrů pod povrchem u kanadského Sudbury v provincii Ontario.
Naplněný detektor Super-Kamiokande v japonském umístěná sto metrů pod povrchem hory Ikena Jama ve starém zinkovém dole poblíž městečka Kamioka. Nádoba detektoru obsahuje 50 tisíc tun vody, na stěnách je 13 tisíc fotonásobičů, průměr nádoby je 40 metrů.
I proto se dnes na neutrina soustředí zájem částicových fyziků. „V posledních deseti až patnácti letech jsou to nejvíce zkoumané částice,“ říká Karel Soustružník z Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy. Zatím jsme ale jen na začátku. Abychom to ilustrovali: vědci například neví, jaká je absolutní hmotnost neutrin (rozhodně je velmi blízká nule). „Pravděpodobně je jejich hmotnost generována jiným způsobem, než u jiných částic, a neví se přesně jak“, říká Karel Soustružník. Vědci také vědí, jaký je rozdíl hmotností mezi jednotlivými typy. (Ve skutečnosti je to ještě trochu složitější: ví, že dva ze tří stavů jsou si hmotnostně velmi blízké a že jeden je vyšší než druhá. Třetí stav je jim oběma vzdálenější, ale není jasné, jestli je vyšší nebo nižší.)
Pohled do detektoru neutrin v čínském Daya Bay, Jde o detektor, který zachycuje neutrina z blízkých jaderných reaktorů.
Objev proměny vůní neutrin také nemá zatím žádný praktický dopad a lze si jen poměrně těžko představit, že by v dohledné době měl. Spíše jde o ocenění základní vědě, základní lidské touze objevovat nové a nepoznané.
Na rozdíl od ceny udělené v loňském roce, kdy ji získali rovným dílem Japonci Isamu Akasaki, Hiroši Amano a Šuji Nakamura (což byl trochu japonský vědecký „rebel“). Na začátku 90. let jejich práce vedla k vytvoření fungující světelné diody vydávající modré světlo. Kombinací s již dříve existující technologií zelených a červených diod se tak poprvé naskytla možnost vytvořit bílé LEDky. Tento objev spustil zásadní technologickou změnu, kterou dnes můžeme vidět prakticky na každém kroku, jak jsme psali v minulém roce.
Upozornění: Do článku jsme doplnili další informace a opravili chybu ve jménu jednoho z laureátů.
