Мала академія наук запустила цикл зустрічей із Нобелівськими лауреатами. На лекціях зіркових науковців можна почути історії успіху та епікфейлів, надихнутися прикладами та поставити вченим власні запитання.
11 квітня з МАНівцями спілкувався американський фізик, професор математики та фізики Бостонського університету, член ради авторів «Бюлетеня вчених-атомників» Шелдон Лі Ґлешоу. Він отримав Нобелівську премію 1979 року за розробку теорії електрослабкої взаємодії.
Лекцію вчений почав із розповіді про особистий зв'язок з Україною. Шелдон Лі Ґлешоу розповів, що його батько емігрував з нашої країни 1905 року — він мав прізвище Глуховський, адже прадід науковця народився у Глухові. Другий, але не менш важливий факт: Шелдон Лі Ґлешоу в дитинстві читав книгу одеського астрофізика Джорджа Гамова «One, Two, Three… Infinity: Facts & Speculations of Science» ( «Один, два, три… Нескінченність: наукові факти та припущення»). Саме з цієї книги Ґлешоу вперше дізнався про нейтрино.
Хто досліджував нейтрино?
Вчений вів оповідь про відкриття нейтрино у хронологічному порядку. Розповів, що спершу французький науковець Беккерель відкрив 1896 року явище радіоактивності, опісля подружжя Кюрі виявило два надреактивні елементи: Радій і Полоній. Пізніше Резерфорд експериментально довів, що існує три типи радіації: альфа-, бета- та гамма-. Лектор звернув увагу саме на бета-розпад і пояснив, що це тип радіації, коли нейтрон у ядрі перетворюється на протон і виділяє електрон і нейтрино чи антинейтрино.
У 1914 році, коли вивчали бета-розпад, помітили, що цей процес начебто суперечить закону збереження енергії — одному з фундаментальних законів фізики. На таку думку навела кількість енергії отриманого внаслідок бета-розпаду електрону — це й підказало, що має бути ще якась частинка.
Що таке нейтрино і як його досліджували?
У 1930 році Вольфґанґа Паулі — відомого фізика-теоретика й одного з основоположників квантової фізики — запросили до Німеччини на конференцію з питань радіоактивності. Він вирішив не їхати, а натомість надіслав листа, який переказав наш лектор: «Любі радіоактивні леді та джентельмени, я знайшов рішення: у ядрі можуть існувати електрично нейтральні частинки, які я назву нейтрон (нейтрон тоді ще не знайшли, тож він назвав так нейтрино). Ці частинки повинні мати вагу не більше ніж 1% від ваги протону, і тоді постійність бета-розпаду мала б сенс, якщо разом з електроном виділяється ще й нейтрон».
Шелдон Лі Ґлешоу пояснив: зараз ми знаємо, що під час бета-розпаду випромінюється не нейтрон, а електрон і антинейтрино, адже в 1930–1932 роках відкрили справжній нейтрон, що є частиною ядра. Пізніше італієць Енріко Фермі створив нову теорію бета-розпаду, де він назвав нейтрон Паулі «нейтрино», тобто маленьким нейтроном, якщо перекладати з італійської. Ця теорія бета-розпаду залишалася чинною ще понад 20 років.
Нейтрино — це частинка, яку неможливо було спостерігати. Паулі думав, що її ніколи не зможуть знайти, але фізики-експериментатори 1956 року на ядерному реакторі зафіксували антинейтрино. Паулі чекав 20 років, щоб побачити частинку, яку він передбачив.
Аби простіше пояснити нейтрино, лектор цитував вірш Джона Апдайка «Cosmic Gall»:
«Neutrinos, they are very small.
They have no charge and have no mass
And do not interact at all.
The earth is just a silly ball
To them, through which they simply pass…»
Або ж українською:
«Нейтрино — дуже й дуже малі
Частинки без маси і без заряду.
Не взаємодіють вони взагалі,
Вбачають безглуздий клубок у Землі
Та просто проходять крізь неї безладно…»
(художній переклад Катерини Нікішової — прим. ред)
Наступне відкриття — це другий тип нейтрино. Електронні нейтрино пов'язані з електронами, а мюонні — з іншою частинкою, яку відкрили 1936 року, що має назву мюон. Ці два типи нейтрино здивували багатьох фізиків, але не Шелдона Лі Ґлешоу, бо його вчитель Джуліан Швінґер давно передбачив це відкриття.
Також нейтрино й антинейтрино випромінює Сонце. У зорі Гідроген перетворюється на Гелій — так створюється її енергія, і в цьому процесі протони змінюються на нейтрони з виділенням нейтрино. Це явище помітили тільки після експериментів 1968 року.
З цією хорошою новиною отримали й погані: з'ясували, що Сонце випромінює недостатньо нейтрино. Ця проблема існувала багато років, аж до 2000-го, поки не з’ясували, що існує 3 типи нейтрино. «Нейтрино вивчали багатьма способами. Ми знаємо антинейтрино від ядерних реакторів, від Сонця, електронні та мюонні нейтрино», — розповідає лектор.
А 1984 року побачили нейтрино, які виділяє супернова. Зірка, що вибухає, випромінює велику кількість нейтрино.
У 1988 році на конференції з фізики в Японії відкрили ще й атмосферні осциляції нейтрино — вони з’являються від того, що космічні промені стикаються з атомами у верхній атмосфері. Експеримент доводить, що нейтрино мають масу — це було дивовижне відкриття, його не передбачала стандартна модель фізичних частинок, як стверджує Ґлешоу.
Що ж відкрив Шелдон Лі Ґлешоу?
Ще 1959 року Ґлешоу передбачив, що має існувати векторний бозон, утворений нейтрино. Під час експерименту на Південному полюсі нарешті помітили створення бозону через нейтрино. Відкриття назвали на честь вченого «резонанс Ґлешоу». «Це було не дуже важливе відкриття, але воно важливе для мене», — скромно додає лектор.
Попереду ще багато цікавих лекцій!
Посилання на форми реєстрації шукай на сайті МАН у розділі «Наукові івенти» ➡️ https://man.gov.ua/events
І читай найцікавіше з інших лекцій серії ➡️
Про світлодіоди, шлях до «Нобелівки» та мрії: конспект лекції фізика Хіросі Амано
Про мозок, навчання уві сні та саморозвиток у складні часи: конспект лекції Барбари Оклі
Про пам’ять, орієнтацію у просторі та лікування хвороби Альцгеймера: конспект лекції Мей-Брітт Мозер
Фейки про рослин-мутантів, користь від ГМО і небезпека їхньої заборони: конспект лекції Річарда Джона Робертса
Про вивчення нейронів, дослідження неврологічних хвороб і різницю між мозком і комп’ютером: конспект лекції Едварда Мозера
Про нейтрино, таємниці осциляцій і нові закони Всесвіту: конспект лекції Такаакі Кадзіти
Про аквапорини, важливість їх дослідження та єднання націй через науку: конспект лекції Пітера Егра