Kosmiczny brak symetrii

Nagrodę otrzymali: Amerykanin japońskiego pochodzenia Yoichiro Nambu oraz Japończycy Makoto Kobayashi i Toshihide Maskawa – za badania związane z tzw. spontanicznym łamianiem symetrii. Uczeni podzielą między siebie 10 mln koron szwedzkich (ok. 3,5 mln zł). Komisja noblowska nagrodziła prace dotyczące budowy materii i wszechświata. – Jestem bardzo szczęśliwy, że pan Nambu otrzymał nagrodę. Sądziłem, że największe szanse ma w tym roku – powiedział Toshihide Maskawa.

W roku 1960 Yoichiro Nambu opisał spontaniczne złamanie symetrii językiem matematyki. Złamaniem symetrii próbował wyjaśnić różnice pomiędzy masami poszczególnych cząstek elementarnych. Prace Nambu okazały się użyteczne przy tworzeniu Modelu Standardowego, który opisuje zachowanie najmniejszych cząstek materii.

[wyimek]Na początku istnienia wszechświata było tyle samo materii co antymaterii [/wyimek]

– Zjawisko łamania symetrii występuje w wielu działach fizyki, ale szczególne znaczenie ma w dziedzinie cząstek elementarnych – tłumaczy prof. Zbigniew Jacyna-Onyszkiewicz z Zakładu Fizyki Kwantowej Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. Fizycy są przekonani, że wszystkie istniejące cząstki pierwotnie mają masę równą zeru. Nabieranie masy przez cząstki fizycy tłumaczą właśnie łamaniem symetrii.

Nambu był jednym z pierwszych fizyków przekonanych, że łamanie symetrii pomiędzy masami poszczególnych cząstek elementarnych występuje w przyrodzie na skutek działania jakichś jej praw. Teoria ta została rozwinięta i zaowocowała hipotezą istnienia tzw. cząstki Higgsa, która nadaje masę wszystkim cząstkom. Istnienie cząstki Higgsa nie zostało jeszcze potwierdzone doświadczalnie.

Dziś teoria zaproponowana przez Nambu opisuje poczatki wszechświata w następujacy sposób: kiedy był jeszcze bardzo młody i panowały w nim bardzo wysokie temperatury, wszystkie cząstki miały masę zerową. I dopiero gdy zaczęło się ochładzać, niektóre z nich zdobywały masę w mechanizmie łamania symetrii.

Makoto Kobayashi i Toshihide Maskawa – otrzymali Nobla za sformułowanie teorii dotyczacej łamania innej symetrii tzw. symetrii CP. To zjawisko polegające na zamianie cząstki na antycząstkę (lub odwrotnie). Uczeni wykazali w latach 70., że Model Standardowy trzeba rozszerzyć o kilka rodzajów kwarków. Słuszność ich idei udowodniono w ostatnich latach dzięki eksperymentom przeprowadzonym w detektorach BaBar (Stanford, USA) oraz Belle (Tsukuba, Japonia).

Ze złamaniem symetrii CP fizycy wiążą nadzieje na wyjaśnienie zagadki dysproporcji między materią a antymaterią we wszechświecie. Ale w momencie Wielkiego Wybuchu, według teorii, materii i jej lustrzanego odbicia – antymaterii było tyle samo.

Przyroda jednak nie posłuchała teoretyków i dziś dominuje materia. To właśnie z jej cząstek zbudowane są galaktyki, gwiazdy, planety, my wszyscy. Nadwyżka materii nad antymaterią została „wyprodukowana” podczas wczesnych etapów ewolucji wszechświata, jakieś 13,7 mld lat temu.Dlaczego? To pytanie fizycy zadają sobie od pół wieku. Na przykład antyproton jest cząstką o masie i innych własnościach protonu, ale o ujemnym ładunku. Zaś antyelektron (inaczej pozytron) ma masę elektronu, ale ładunek dodatni. Fizycy podejrzewają, choć nie mają pewności, że oddziaływania pomiędzy cząstkami materii i antymaterii różnią się od siebie. Inną własnością antymaterii jest to, że gdy cząstka antymaterii zetknie się z cząstką materii, to obie ulegają anihilacji, czyli znikają, zamieniając się w fotony – czystą energię. W procesie kreacji, czyli zamianie energii w materię, regułą jest tworzenie się takiej samej liczby cząstek i antycząstek. Gdyby tak było, w efekcie Wielkiego Wybuchu powstałyby jedynie fotony, ale tak się nie stało. Fizycy wiedzą to także z doświadczeń w laboratorium.

Naukowcy są jednak przekonani, że w najwcześniejszych początkach wszechświata, w tym gwałtownym okresie powstałe cząstki i antycząstki zetknąwszy się ze sobą nie zostały jedynie zamienione na fotony. Przed anihilacją, z jakiegoś nieznanego dotąd powodu, materia zyskała przewagę ilościową nad antymaterią. Gdyby po Wielkim Wybuchu pozostało tyle samo materii, co antymaterii, doszłoby do ogólnej anihilacji, pozostałaby sama energia, bez materii. Oczywiście nas także by nie było.

Jak jednak dowodzi istnienie ludzi, gwiazd i planet, świat nie jest symetryczny – na początku wszechświata na 10 miliardów par cząstek materii i antymaterii przypadała jedna dodatkowa cząstka materii. Te resztki, które zostały, to właśnie my i to, co nazywamy materią.

[i]—ap, pap[/i]

[ramka][b]Poprzednie Noble z fizyki[/b]

2007

- Francuz Albert Fert oraz Niemiec Peter Gruenberg zostali nagrodzeni za odkrycie zjawiska gigantycznego magnetooporu (GMR)2006

- amerykańscy astrofizycy – John C. Mather i George F. Smoot za badania dotyczące młodości wszechświata

2005

- Roy Glauber z USA otrzymał połowę nagrody za teoretyczny opis zachowania cząstek światła. Drugą połowę John Hall z USA i Theodor Haensch z Niemiec za wkład w rozwój precyzyjnej spektroskopii laserowej

2004

- Amerykanie – David J. Gross, H. David Politzer i Frank Wilczek za odkrycie asymptotycznej swobody w teorii silnych oddziaływań

2003

- Alexei A. Abrikosov (Rosja i USA), Witalij L. Ginzburg (Rosja) i Anthony J. Leggett (W. Brytania) za badania w dziedzinie fizyki kwantowej, dotyczące nadprzewodnictwa i nadciekłości

2002

- Riccardo Giacconi, Raymond Davis Jr. z USA oraz Masatoshi Koshiba z Japonii za wykrycie cząstek neutrino w kosmosie oraz za udział w odkryciu źródeł promieniowania X.

[i]—i.r., pap[/i][/ramka]

[ramka]

[b]Prof. Yoichiro Nambu - emerytowany pracownik Enrico Fermi Institute na University of Chicago[/b]

Urodzony 18 stycznia 1921 roku prof. Nambu jest starszy o blisko 20 lat od pozostałych dwóch laureatów. Jako jedyny ma amerykańskie obywatelstwo, choć urodził się w Fukui na japońskiej wyspie Honsiu. Ten wybitny fizyk jest jednym z twórców teorii strun zakładającej istnienie cząstek elementarnych w postaci wibrujących strun. Z tego powodu nazwisko Nambu stało się jednym z członów nazwy wzoru na funkcjonowanie struny – działania Nambu-Goto. Do jego najsłynniejszych prac należy przypisanie kwarkom tzw. ładunku kolorowego oraz odkrycie mechanizmów spontanicznego łamania symetrii w fizyce cząstek elementarnych.

Jego opracowania zrewolucjonizowały nasze wyobrażenia na temat natury podstawowych cząstek i przestrzeni, w której się poruszają. Za swoje osiągnięcia prof. Nambu otrzymał wiele nagród i wyróżnień, m.in. Benjamin Franklin Medal w dziedzinie fizyki, Japoński Order Kultury, amerykański National Medal of Science, medal Maksa Plancka oraz Nagrodę J. Roberta Oppenhaimera.

Nambu studiował na Uniwersytecie w Tokio, a tytuł profesora fizyki zdobył w 1950 roku na Uniwersytecie w Osace. Jego długoletnie związki ze Stanami Zjednoczonymi zapoczątkowała przynależność do Institute for Advanced Study w Princeton. Potem rozpoczął swoją blisko 50-letnią karierę na University of Chicago, gdzie obecnie, będąc już na emeryturze, współpracuje z należącym do tej uczelni Enrico Fermi Institute. Jest długoletnim członkiem amerykańskiej National Academy of Sciences oraz członkiem honorowym Japan Academy.Nagrodzony badacz w środowisku naukowym uchodzi za trudnego rozmówcę, nawet dla znawców tej dziedziny fizyki. Wielu naukowców przyznaje, że nie nadąża za jego teoriami.

– Ludzie go nie rozumieją, ponieważ jest wizjonerem – wyjaśnia słynny fizyk prof. Edward Witten z Institute for Advanced Study.

[i]—astan[/i][/ramka]