Nagroda Nobla dla badaczy oscylacji neutrin

Dziś, 6.10.2015, Królewska Szwedzka Akademia Nauk ogłosiła tegorocznych laureatów Nagrody Nobla z fizyki. Zwycięzcami zostali Takaaki Kajita z japońskiego eksperymentu Super-Kamiokande oraz Arthur B. McDonald z kanadyjskiego eksperymentu SNO. Grupy polskie, od wielu lat uczestniczące w eksperymencie Super-Kamiokande, składają serdeczne gratulacje.
 

Laureatami tegorocznej nagrody Nobla w dziedzinie fizyki zostali Takaaki Kajita i Arthur McDonald 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.
 

„Neutrina to jedne z najbardziej tajemniczych cząstek elementarnych” – tłumaczy prof. dr hab. Ewa Rondio, dyrektor naukowy 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”.
 

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 Justyna Łagoda, z Zakładu Fizyki Wielkich Energii NCBJ – 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 w Kanadzie.
 

Eksperyment Super-Kamiokande (SK), jest prowadzony w laboratorium Kamioka w Japonii i działa od 1996 r. Umieszczony 1 km pod ziemią detektor składa się z ogromnego zbiornika w kształcie walca (40 m wysokości, 40 m średnicy) wypełnionego ultra czystą wodą i otoczonego przez ponad 11 tysięcy fotodetektorów. W detektorze SK rejestrowane są produkty oddziaływań neutrin z cząstkami wody. W wyniku takich oddziaływań produkowane są cząstki naładowane, głównie elektrony i miony, które poruszając się w wodzie z prędkościami większymi niż prędkość światła w tym ośrodku 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. Super-Kamiokande jako pierwszy odkrył oscylacje neutrin produkowanych w górnych warstwach naszej atmosfery (neutrin atmosferycznych) oraz ostatecznie potwierdził istnienie oscylacji neutrin w sektorze słonecznym. Oscylacje neutrin słonecznych szczegółowo badane były w SNO – drugim z wyróżnionych eksperymentów. Obserwatorium neutrin Sudbury umieszczone jest jeszcze głębiej pod ziemią (ponad 2 km) w prowincji Ontario w Kanadzie. W doświadczeniu zmierzono 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 zajście oscylacji, bowiem Słońce w sposób bezpośredni może produkować tylko neutrina elektronowe.
 

„W eksperymencie Super-Kamiokande od samego początku jego projektowania uczestniczyła prof. Danuta Kiełczewska z Uniwersytetu Warszawskiego”, podkreśla dr Piotr Mijakowski, obecnie również pracujący przy tym doświadczeniu – „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 oraz KM3NeT w Japonii, USA i Europie. Polscy fizycy biorą udział we wszystkich fazach eksperymentów – poczynając od przygotowywania sprzętu i oprogramowania, uczestniczenie w zbieraniu danych, ich analizowaniu, a skończywszy na przygotowywaniu publikacji, w której przedstawiany jest ostateczny wynik, odkrycie. Współpraca pomiędzy polskimi grupami i ośrodkami zagranicznymi wciąż jest poszerzana. Polskie grupy neutrinowe rozwijają się, zdobywają doświadczenie a jej członkowie są cenieni przez międzynarodowe zespoły naukowców.
 

Szczególnie liczna grupa polskich naukowców uczestniczy obecnie w eksperymencie T2K, którego częścią jest właśnie detektor Super-Kamiokande. Grupa ta, prowadzona przez fizyków z Narodowego Centrum Badań Jądrowych, wniosła wkład w odkrycie kolejnego ważnego zjawiska z dziedziny oscylacji neutrin – obserwację nowego kanału oscylacji, zamiany neutrin mionowych w elektronowe na drodze od miejsca produkcji w laboratorium JPARC w Tokai do odległego o 295 km detektora Super-Kamiokande.

Więcej informacji: http: //neutrino. fuw. edu. pl/pl