Fizikai Nobel-díj, 2015

Tömeges jelenlét

Tudomány

Sok remek tudós tett azért, hogy feltáruljanak a neutrínók titkai, s vannak köztük Nobel-díjasok is. Most ismét kettejüket díjazták, mégis lehet némi hiányérzetünk.

Egy japán és egy kanadai kutató kapta az idei fizikai Nobel-díjat a „neutrínóoszcilláció jelenségének igazolásáért, így a Napból érkező neutrínók rejtélyének meg­oldásáért”. Úttörő munkájuknak köszönhetően egyre több részlet derül ki az apró elemi részecskék viselkedéséről. Immár biztosnak tűnik, hogy nekik is van tömegük, ha nem is sok.

Részecskék több ízben

 

A neutrínók régóta boldog lakói a fizika úgynevezett standard modellje által definiált részecskecsaládnak. Azon belül az úgynevezett leptonok közé tartoznak, akárcsak jó ismerőseink, az elektronok, illetve a jóval egzotikusabb müonok és tau-részecskék (vagy tau-leptonok). A neutrínók csodája, hogy elektromos töltésük eleve nincs, innen ered nevük is – „semlegeske” –, s a gravitációt kivéve csupán gyenge kölcsönhatásban vesznek részt. Miután a kvark­hármasokból felépülő barionos anyag (például a mi nagyon is kézzelfogható, proton-neutron alapú univerzumunk) nem zavarja mozgásukat, de nem is vonzza őket, így bolygónkat is levegőnek nézik, s szinte veszteségmentesen repülnek át rajta. Hipotetikusan még egy teljes fényév vastagságú ólomtömbön is átjutna egy ­neutrínónyalábnak legalább a fe­le! Mindenesetre neutrínót mérni azért is nehéz, mert már a mérés is kölcsönhatást feltételez, vagyis a detektálás is gondot jelenthet (az ebből adódó néha abszurd fejleményekről lásd: Siet haza, Magyar Narancs, 2011. október 6.). De bármily nehéz észlelni a neutrínókat, hosszú évtizedek óta kutatják tulajdonságaikat. Már a 60-as években folytatott kísérletek is arra utaltak, hogy annak ellenére van tömegük, hogy még a könnyűsúlyú leptonok között is légiesnek tűnnek. Tulajdonképpen ez volt az a rejtély, amelyet gyakorlatilag a részecske ötvenes évekbeli fel­fedezése (sőt a svájci Wolfgang Pauli 1930-as, a neutrínó létezésére vonatkozó híres jóslata) óta megpróbáltak tisztázni.

Az elméleti modellek szerint a neutrínók lenyűgöző számban bolyonganak az univerzumban és közvetlen kozmikus szomszédságunkban. Ám a Földön működő detektorok rendre kevesebbet érzékelnek közülük, mint amennyinek a Napban (és valamennyi más csillagban) zajló termonuk­leáris reakciók közben keletkeznie kell – és a hiánnyal valahogy mégiscsak illene elszámolni! (Ezt nevezik Nap-neutrínó-problémának.) A kutatók régóta tudják, hogy mi lehet a látszólagos paradoxon forrása. Neutrínóból háromfélét ismer a fizika: elektron-, müon- és tau-neutrínót, attól függően, hogy melyik más, egyaránt negatív töltésű leptonnal hozza kapcsolatba őket a standard modell. Márpedig az e célra használt berendezések pusztán a Napból érkező elektron-neutrínók észlelésére voltak érzékenyek, s ha azok valamilyen oknál fogva, mondjuk egy oszcillációs folyamat során megváltoztak, átalakultak, akkor az észlelésükre szolgáló beren­dezések képtelenek voltak a jelenlétüket detektálni. A neutrínóoszcilláció hosszú időn át a legvalószínűbb hipotézisnek tűnt a részecskehiány magyarázatára, de igazolni csupán jó másfél évtizede sikerült. 1998-ban a japán Super-Kamiokande nevű neutrínóobszervatórium egyik kutatócsoportja a most díjazott Kadzsita Takaaki vezetésével a földi légkörbe hatoló kozmikus sugárzás által életre keltett neutrínókat vizsgálta, és úgy találta, hogy ezek részecskefizikai értelemben két „íz” (flavour) között oszcilláltak, mielőtt elérték volna a Kamioka-hegy alatt található detektort. 2001 augusztusában a kanadai Ontario tartományban – egy bánya mélyén, 2100 méterrel a felszín alatt – található Sudbury Neutrínó Obszervató­rium kutatói Arthur B. McDonald (a másik díjazott) vezetésével észlelték, amint a Napból érkező elekt­ron-neutrínók müon- és tau-neutrí­nókká oszcilláltak. Ráadásul a kis különbséggel publikált két kísér­leti eredmény egyaránt arra mutatott, hogy a részecskefizika standard modellje több sebből vérzik – hogy mást ne mondjunk, annak eredeti feltételezése szerint a neut­rínónak nincs is tömege, márpedig ha a neutrínó képes oszcillálni, akkor a kvantummechanika tör­vé­nyei szerint igenis rendelkezik né­mi tömeggel. 2010 júniusában fizikusok egy csoportja a galaxisok eloszlását tanulmányozva arra a következtetésre jutott, hogy a neut­­­rínók tömege alig egymilliárdod része egy hidrogénatoménak. De legyen bármily kicsi egyetlen neutrínó tömege, s képviseljenek csupán egy százalékot a világegyetem (az általunk ismert anyagfélék által reprezentált) tömegéből, a kozmológiai és a csillagok energiatermelési folyamataiban játszott szerepük nehezen túlbecsülhető. Sőt, lehet, hogy belőlük áll az úgynevezett forró sötét anyag is!

Annyi már most is bizonyos, hogy a csillagokban, így a Napban tapasztalható neutrínóakti­vitás szoros kapcsolatban állhat az ott zajló mágneses aktivitással. Márpedig a napkitörések, flerek a fő forrásai a Földet érő, enyhébb esetben sarki fényt, extrém esetekben felszíni zavarokat is okozó intenzív részecskezápornak, kozmikus sugárzásnak és mágnesesen töltött napanyagnak. Már sci-fi katasztrófafilm is készült, melyben szokatlanul viselkedő, s a földmaggal kölcsönhatásba lépő neutrínók okozzák Földünk végzetét: Roland Emmerich 2012 című bombasztikus alkotása sok minden más mellett szerencsére a tudományos alapot is nélkülözi.

A fizika James Bondja

 

Bár a standard modell érvényessége szempontjából is kulcsfontosságú neutrínókutatásokért sokan kaptak Nobel-díjat az utóbbi évtizedekben, a legfontosabb tudománytörténeti szerep egy olyan tudósnak jutott, aki nem csak fizikusi életművével vált híressé. A neves olasz filmrendező, Gillo Pontecorvo testvére, Bruno Pontecorvo (1913–1993) Enrico Fermi tanítványaként és munkatársaként még a 30-as években kapcsolódott a fizikai kutatásokba. A Via Panisperna-i srácoknak (I ragazzi di Via Panisperna) becézett kutatócsoportban együtt tisztázták kísérleti úton a láncreakció szempontjából kulcsfontosságú lassú neutronok tulajdonságait: Fermi 1938-ban ezért kapott fizikai Nobel-díjat. Pontecorvót a szigorodó olasz faji törvények külföldre kényszerítették, s az előrenyomuló nácik elől menekült a tengerentúlra. Ám professzorától eltérően nem kapott szerepet az amerikai Manhattan-tervben – már ekkor kommunistagyanúsnak tartották. Előbb egy olajvállalatnál hasznosította a lassú neutronokról szerzett tudását, majd a kanadai Montreal Laboratóriumban, a brit nukleáris kutatás csúcsintézményében kapott munkát: itt is a kozmikus sugárzás sajátosságaival, a neutrínók tulajdonságaival és a müonok bomlásával foglalkozott. 1948-tól már közvetlenül a brit atombomba-programban (AERE) dolgozott, amelynek jelentősége akkor vált nyilvánvalóvá, amikor 1950-ben a hidegháború kellős közepén családjával együtt a Szovjetunióba szökött. Utóbb több ex-KGB-s (például Pavel Szudoplatov) is állította, hogy Pontecorvót nem csupán egzotikus politikai meggyőződése hajtotta: aktív szovjet kém volt, aki a lebukást elkerülendő választotta az orosz klímát. Mindenesetre patronálói hagyták dolgozni az új hazájában Bruno Makszimovicsnak nevezett kutatót, így a müonbomlás és a neutrínók sajátosságai tanulmányozásának szentelhette életét. Annyi bizonyos, hogy számos tudományos munkája mérföldkőnek számít a részecskefizika, azon belül is a neutrínókutatás fejlődésében. Tőle származik az ötlet, hogyan lehet detektálni a nukleáris reaktorokban keletkező antineutrínókat (az ezt kidolgozó amerikai Frederick Reines 1995-ben kapott Nobel-díjat), de Pontecorvo jósolta meg azt is, hogy az elektronokhoz köthető neutronok tulajdonságai különböznek azoktól, melyeket a müonokkal asszociálunk (ennek kísérleti bizonyításáért 1988-ban kapta meg a Nobelt a J. Steinberger–L. Lederman–M. Schwartz trió). És ami most a leg­aktuálisabb: már 1957-ben előállt a neutrínóoszcilláció ötletével, a 60-as években pedig tudóstársaival együtt kidolgozta és publikálta a tudományterület matematikáját. A jelenséget kísérleti úton végül az idei két díjazott igazolta. Pontecorvo sosem kapott Nobel-díjat – úgy látszik, kémgyanús alakoknak nem jár.

Figyelmébe ajánljuk

Gombaszezon

Michelle a magányos vidéki nénik eseménytelen, szomorú életét éli. Egyetlen barátnőjével jár gombászni, vagy viszi őt a börtönbe, meglátogatni annak fiát, Vincent-t.

Világító árnyak

A klasszikus balett alapdarabját annak leghíresebb koreográfiájában, az 1877-es Marius Petipa-féle változatában vitte színre Albert Mirzojan, Ludwig Minkus zenéjére.

Huszein imám mártíromsága

Az Izrael és Irán között lezajlott tizenkét napos háború újra rádöbbentette a régió népeit: új közel-keleti hatalmi rend van kialakulóban. Az egyre élesebben körvonalazódó kép azonban egyre többeket tölt el félelemmel.

„A lehetőségek léteznek”

Úgy tűnik, hogy az emberi történelem és politika soha nem fog megváltozni. Kőbalta, máglyán égő „eretnekek”, százéves háborúk, gulágok… Vagy­is mi sohasem fogunk megváltozni. Reménytelen.

Taxival Auschwitzba

Idén áprilistól a francia közszolgálati televízió közel kilenc­órányi dokumentumfilm-folyamban mutatta be azt a három történelmi pert, amelyek során 1987 és 1998 között a náci kollaboráns Vichy-rezsim egykori kiszolgálóinak kellett számot adniuk bűneikről. A három film mindegyike más-más oldalról mutatja be a megszállás időszakát. A YouTube-on is hozzáférhető harmadiknak van talán a leginkább megszívlelendő tanulsága.

Lábujjhegyen

A hízelgéseknek, a geopolitikai realitásoknak és a szerencsének köszönhetően jól zárult a hágai NATO-csúcs. Azonban az, hogy a tagállamok vezetői jól tudják kezelni az Egyesült Államok elnökének egóját, nem a transzatlanti kapcsolatok legszilárdabb alapja.

Milliókat érő repedések

Évekig kell még nézniük a tátongó repedéseket és leváló csempéket azoknak a lakóknak, akik 2016-ban költöztek egy budafoki új építésű társasházba. A problémák hamar felszínre kerültek, most pedig a tulaj­donosok perben állnak a beruházóval.

Egyenlőbbek

Nyilvánosan megrótta Szeged polgármestere azokat a képviselőket – köztük saját szövetségének tagjait –, akik nem szavazták meg, hogy a júliustól érvényes fizetésemelésük inkább a szociális alapba kerüljön. E képviselők viszont azt szerették volna, hogy a polgármester és az alpolgármesterek bérnövekménye is közcélra menjen.

Pillanatnyi nehézségek

Gyors viták, vetélkedő erős emberek, ügynöközés és fele-fele arányban megosztott tagság: megpróbáltuk összerakni a szép reményekkel indult, de a 2026-os választáson a távolmaradás mellett döntő liberális párt történetét.