“To odkrycie zmieniło nasze rozumienie najgłębszych tajników materii i może się okazać kluczowe dla naszego pojmowania Wszechświata” – uzasadnił swoją decyzję Komitet.

Japończyk Takaaki Kajita (ur. 1959) i Kanadyjczyk Arthur B. McDonald (ur. 1943 r.) to Laureaci Nagrody Nobla z fizyki. Kajita pracuje na Uniwersytecie Tokijskim, a McDonald jest emerytowanym profesorem na Uniwersytecie Queen’s w Kingston (Kanada).

Neutrina to cząstki elementarne, które są niemal nie do powstrzymania – potrafią przenikać przez nasze ciała, ziemię, skały, wodę. Są obojętne elektrycznie i słabo oddziałują z materią, dlatego ich badanie jest niezwykle trudne.

Oscylacja, czyli zmiana neutrin z elektronowych w mionowe i taonowe dowodzi, że ta niezwykle przenikliwa cząsteczka wbrew dotychczasowym założeniom ma jednak masę, choć bardzo małą – tego właśnie dowiedli zdobywcy tegorocznej Nagrody Nobla z fizyki.

Neutrina powstają zarówno w reaktorach jądrowych, w wybuchach supernowych czy na Słońcu, jak i w ziemskiej atmosferze pod wpływem promieniowania kosmicznego. Powstają nawet w naszych ciałach – podczas rozpadu promieniotwórczych izotopów potasu (około 5000 na sekundę). W każdej sekundzie przenikają nas biliony neutrin, choć tego nie czujemy. Mogą przenikać na wylot przez ołowiane ściany, a nawet przez gwiazdy i planety. Niektóre powstały jeszcze w czasie w Wielkiego Wybuchu i nadal są w drodze.

Ponieważ neutrina nie mają ładunku elektrycznego i są niezwykle przenikliwe, bardzo trudno je wykryć. Konieczne są skomplikowane urządzenia, na przykład takie, jak japoński detektor Super–Kamiokande ulokowany w nieczynnej kopalni cynku niedaleko miejscowości Kamioka. Umieszczony na głębokości kilometra (by uniknąć promieniowania kosmicznego) cylindryczny stalowy zbiornik o wysokości 41,4 metrów i średnicy 39,3 metra zawiera 50 000 ton ultraczystej wody oraz 11 146 fotopowielaczy – bardzo czułych detektorów, wykrywających tak zwane promieniowanie Czerenkowa – błyski światła towarzyszące oddziaływaniu nielicznych neutrin z jądrami atomów i elektronami (zdecydowana większość przemyka niepostrzeżenie, nie wchodząc w reakcję z innymi cząstkami materii).

Właśnie dzięki temu detektorowi naukowcy zauważyli, że ze Słońca nie dolatuje do Ziemi tyle neutrin, ile wynikałoby z teoretycznych założeń – brakuje aż dwóch trzecich. Zjawisko udało się wyjaśnić dopiero na przełomie tysiącleci. Najpierw, w 1998 r., Takaaki Kajita wykazał, że powstające w atmosferze pod wpływem promieniowania kosmicznego neutrina zmieniają „tożsamość”, zanim trafią do Super–Kamiokande. Było to tak zwane zjawisko oscylacji.

Tymczasem grupa badawcza z Kanady, kierowana przez Arthura B. McDonalda, pracująca w kanadyjskim Sudbury Neutrino Observatory wykazała, że neutrina (konkretnie neutrina elektronowe) powstające na Słońcu nie zanikają w drodze na Ziemię. Także i one zmieniały tożsamość w drodze ze Słońca na naszą planetę. Kanadyjska aparatura jest ulokowana w dawnej kopalni niklu na głębokości 2 kilometrów zawiera tylko tysiąc ton ultraczystej wody, ale jest to ciężka woda – związek tlenu z ciężkim izotopem wodoru, deuterem.

Odkrycie zjawiska oscylacji neutrin dowiodło, że te cząstki – przez dziesięciolecia uważane za pozbawione masy – jednak ją mają (choć to bardzo mała masa). Oznacza to, że dotychczasowy Model Standardowy, wyjaśniający wzajemne oddziaływania cząstek tworzących Wszechświat, trzeba zmodyfikować. Odkrycia dotyczące neutrin mogą zmienić nasze poglądy na przeszłość, strukturę i przyszłość Wszechświata. Poza tym – według szacunków naukowców – niewyobrażalnie wielka liczba leciutkich neutrin ma masę równą masie wszystkich widocznych gwiazd we Wszechświecie.

Jako pierwszy istnienie bardzo lekkiej cząstki pozbawionej ładunku zaproponował w 1930 r. Austriak Wolfgang Pauli (laureat Nobla z fizyki w 1945 r.). Tylko tak bowiem mógł wyjaśnić mechanizm rozpadu radioaktywnego beta – część energii gdzieś znikała. „Zrobiłem straszną rzecz. Wysunąłem postulat istnienia cząstek, które nie mogą być odkryte…” – miał podobno powiedzieć w latach 30.

Sama nazwa neutrino pojawiła się dzięki Włochowi – Enrico Fermiemu (laureat Nobla z fizyki w roku 1938), który teoretycznie rozwinął myśl Pauliego. Ale dopiero w czerwcu 1956 r. udało się w końcu zaobserwować nieuchwytną cząstkę. Amerykańscy fizycy Frederick Reines i Clyde Cowan wysłali telegram do Pauliego – neutrino zostawiło ślad w ich detektorach. Wówczas przestano je nazywać cząstką – duchem (Poltergeist).

Mimo dotychczasowych osiągnięć badaczy, wciąż nie wiadomo, ile dokładnie waży neutrino, czy może występować w więcej niż trzech postaciach, ani dlaczego różni się właściwościami od innych cząstek elementarnych.