Japán kutatók kapták a fizikai Nobel-díjat

A szimmetriasértés felfedezése

A 87 éves Yoichiro Nambu japán származású amerikai tudós nevéhez fűződik a matematikai leírású húrelmélet is az elemi részecskék tudományában. A hétköznapi életben sokféle szimmetriát természetesnek veszünk, a részecskék töltésében megjelenő, valamint a térbeli tükörszimmetria is sérülhet azonban. A kutatókat is izgatja az anyag-antianyag kapcsolat és az ebben fellelhető aszimmetria. A spontán szimmetriasértés megértéséhez párhuzamként használhatjuk a mágnesességet: van egy kitüntetett irány, melybe atomi szinten is beállnak a mágneses részecskék. Felmelegítve azonban egy bizonyos hőmérséklet, az úgynevezett Curie-pont fölött a mágnes mindig rendezetlen lesz. Ennek analógiájaként tekinthető, hogy elég magas hőmérsékleten (ez 100–200 megaelektronvolt energiának megfelelő, mintegy tízmilliárd fokos hőmérsékletet jelent) és a részecskék elegendően nagy – a neutroncsillagok belsejében uralkodóhoz hasonló – sűrűsége mellett a szimmetriasértés megszűnik. Az anyag visszahűlésekor újra megfigyelhető a spontán szimmetriasértés. A most induló nagy hadronütköztető ezekre a vizsgálatokra is lehetőséget teremt. A kísérleteknél nehézionokat ütköztetnek, így hozzák létre azokat a körülményeket, ahol a szimmetria és szimmetriasértés jelensége vizsgálható.

A spontán szimmetriasértés általános természeti jelenségként megfigyelhető a részecskefizikán kívül a kozmológiában, kémiában, biológiában is. Nambu a szupravezetés felfedezése után jutott arra a gondolatra, hogy a neutronok és protonok kapcsolatában is kell léteznie egy könynyű részecskének. Ez a pi-mezon (vagy pion). A pi-mezon léte az öszszes kölcsönhatás magyarázatában fontos szerepet játszik. A szimmetriasérülés jelzésére és jellemzésére jól használható a pi-mezonok követése a kísérletek során.

Miért nem alakult át az anyag „semmivé”?

Kobajasi és Maszkava a hetvenes évek elején dolgozott ki elméleti magyarázatot a szimmetriasértésre. Ekkor két kvarkcsaládot ismertek a fizikusok, a mostani Nobel-díjasoknak azonban elméletükhöz feltételezniük kellett legalább még egy harmadik kvarkpár létét és egymásba alakulását is. Ezt pár évvel később más kutatók igazolták is. Végső soron tehát a szimmetriasértés jelensége magyarázza meg, hogy az ősrobbanás után elvileg azonos mennyiségben jelen lévő anyag és antianyag miért nem semmisítette meg egymást pusztán a szimmetria elve alapján, és miért nem alakult át évmilliárdok alatt az anyag „semmivé”.

A díj fogadtatása Japánban

Egyöntetű lelkesedéssel fogadta a tokiói sajtó a fizikai Nobel-díjról szóló döntést, amely három „japánt” jutalmazott – ugyanis a szigetországban a most 87 éves Yoichiro Nambut is japánnak tekintik annak ellenére, hogy 1970 óta amerikai állampolgár. Kobajasi Makoto és Maszkava Tosihide is jelezte, őszintén örülnek annak, hogy együtt kaphatták a díjat vele, akit mesterüknek tekintenek. Ez az első alkalom, hogy japán kutatók közösen kaptak Nobel-díjat. A Nihon Keizai Simbun szerint a díj jelzi, hogy Japán vezető szerepet játszik a szubatomi fizikában. A korábbi négy fizikai Nobel-díjas japán kutató közül hárman szubatomi fizikai kutatásokért kapták az elismerést.