Noble 2002: fizyka


Nagroda „z remanentów”

Krzysztof Fiałkowski



Tegoroczna nagroda Nobla z fizyki należy do kategorii nazywanej nieładnie „z remanentów”; przyznano ją za dawno uznane i niewątpliwie wielkie odkrycia, które nie zostały wyróżnione wcześniej. 


Dotyczy to zwłaszcza Raymonda Davisa jr., który podzielił połowę nagrody z Masatoshi Koshibą za „pionierski wkład do astrofizyki, a zwłaszcza za odkrycie neutrin kosmicznych”. Jest to już trzeci Nobel związany z neutrinami – niezwykłymi cząstkami, których biliony przelatują przez każdego z nas każdej sekundy nie powodując żadnych skutków fizycznych. Istnienie ich postulował w 1930 r. Wolfgang Pauli (także laureat Nobla, ale za inne odkrycia), a doświadczalnie stwierdził w 1955 r. nagrodzony za to po 40 latach Noblem Frederick Reines (współautor odkrycia Cowan nie dożył niestety tej nagrody). Wcześniej nagrodę otrzymali też Leon Lederman, Melvin Schwarz i Jack Steinberger za udowodnienie istnienia dwu rodzajów neutrin.
Davis już od lat 50. usiłował rejestrować neutrina za pomocą powodowanej przez nie reakcji przemiany jąder atomów chloru w jądra radioaktywnego izotopu argonu, które następnie były wypłukiwane ze zbiornika z chlorem i umieszczane w licznikach „liczących” późniejsze rozpady. Od 1967 r. do połowy lat 90. skonstruowany przezeń detektor z 615 tonami środka czyszczącego zawierającego chlor pracował na głębokości 1500 m w starej kopalni złota Homestake w Karolinie, rejestrując neutrina wysyłane przez Słońce. Co dwa miesiące „wypłukiwano” z chloru kilkanaście atomów argonu.
Wynik pomiarów Davisa był sensacyjny: okazało się, że neutrin ze Słońca dochodzi do nas o połowę mniej niż powinno! Po wielu próbach tłumaczenia tego efektu błędami doświadczenia lub teorii reakcji jądrowych zachodzących w Słońcu okazało się, że „deficyt neutrin” wynika z kwantowego procesu przemian między neutrinami różnych typów. To z kolei dowiodło, że wbrew długoletniemu przekonaniu fizyków neutrina mają niezerową masę.
Wielką rolę w ostatecznym rozwikłaniu tej zagadki odegrały eksperymenty przeprowadzone przez zespół kierowany przez drugiego laureata – Masatoshi Koshibę. Jego detektor składał się ze znacznie większego zbiornika zawierającego pierwotnie kilka tysięcy, a potem pięćdziesiąt tysięcy ton „ultraczystej” wody, i umieszczonego w kopalni w Japonii. Powstające w wodzie w wyniku oddziaływania neutrin elektrony wysyłały tzw. promieniowanie Czerenkowa, rejestrowane przez otaczające zbiornik fotopowielacze. Zespół Koshiby badał nie tylko neutrina ze Słońca i z rozpadu cząstek powstających w wyniku oddziaływania promieniowania kosmicznego z atmosferą Ziemi, ale zarejestrował też neutrina, jakie doszły do nas z wybuchu Supernowej z odległości 180 000 lat świetlnych.
Druga połowa nagrody Nobla przypadła Riccardo Giacconiemu, który po przeniesieniu się z Włoch do USA w 1959 r. rozpoczął badania promieniowania rentgenowskiego z Kosmosu. Jest to niezwykle trudne, bo atmosfera Ziemi pochłania je tak intensywnie, że dopiero aparatura wysyłana rakietami na wysokość kilkudziesięciu kilometrów zdołała w 1949 r. zarejestrować rentgenowskie promieniowanie Słońca. Giacconi w 1962 r. skonstruował i wysłał rakietą aparaturę zdolną do ustalenia kierunku, z którego promieniowanie to nadchodzi. Pozwoliło to na odkrycie innych kosmicznych źródeł rentgenowskich, a po zainicjowanym przez Giacconiego wysłaniu w 1970 r. satelity „Uhuru” ze specjalną aparaturą detekcyjną „astronomia rentgenowska” stała się dojrzałą nauką, dostarczającą nam nieustannie nowych cennych danych o Kosmosie. Kolejnymi etapami rozwoju tej nauki były misje satelitów „Obserwatorium Einsteina” i „Chandra” wysłanych na orbitę odpowiednio w 1978 i 1999 r.
Tegoroczni laureaci poszerzyli zakres metod używanych w astronomii, dodając do klasycznych obserwacji optycznych (w zakresie światła widzialnego) i prowadzonych od lat II wojny światowej obserwacji za pośrednictwem fal radiowych obserwacje „rentgenowskie” i „neutrinowe”. Stwierdzenie to nie oddaje jednak sprawiedliwości wadze tych odkryć, bo przecież informacje uzyskiwane nowymi metodami nie są jedynie potwierdzeniem znanych już faktów. Dzięki rejestracji promieniowania rentgenowskiego i neutrin, a także rozwiniętej później „astronomii promieni gamma” odkryto nowe kategorie obiektów kosmicznych, poznano nowe, całkowicie nieoczekiwane fakty z dziejów Kosmosu i jego obecnego stanu. A wszystkie te odkrycia nastąpiłyby znacznie później, gdyby nie talent, zapał i wytrwałość laureatów.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nr 43 (2781), 27 października 2002

do góry

 

© 2000 Tygodnik Powszechny
Szczegółowe informacje o Redakcji; e-mail: redakcja@tygodnik.com.pl