Nobelova nagrada za fiziku 2008

U Stokholmu su 7. oktobra objavljena imena ovogodišnjih dobitnika Nobelove nagrade za fiziku. Nagradu će podeliti trojica fizičara iz Japana – polovinu nagrade dobio je Yoichiro Nambu (državljanin SAD), dok će drugu polovinu podeliti Makoto Kobayashi i Toshihide Maskawa. Nagrada je dodeljena za doprinos u razvoju istraživanja u oblasti fizike elementarnih čestica. Tradicionalno, nagrade će biti svečano dodeljene u Stokholmu 10. decembra, na dan smrti Alfreda Nobela.

Yoichiro Nambu šezdesetih godina XX veka radio je na mehanizmu spontanog narušenja simetrije. Ovaj mehanizam objašnjava kako je došlo do narušavanja simetrije između materije i antimaterije, koja je postojala u ranom Univerzumu, i zbog čega je današnji svemir izgrađen samo od materije.

Makoto Kobayashi i Toshihide Maskawa su 1972. godine objasnili razlog spontanog narušenja simetrije i predvideli postojanje tri generacije kvarkova (poslednji, top kvark, otkriven je 1995. godine).

Simetrije igraju važnu ulogu kako u fizici tako i u životu svih nas. Sve što nas okružuje ima neku vrstu simetrije. Biljke, životinje, ljudi – svi imaju neku vrstu simetrije, sve što čovek stvara najčešće ima neku simetruju. Ali, koliko god stvari na prvi pogled delovale simetrično polovine se ipak bar malo razlikuju. Ta razlika upravo je ono što svet oko nas čini onakvim kakav je.

Simetrije u fizici razlikuju se od simetrija koje postoji kod ljudksog tela ili kod predmeta. U fizici postoje tri vrste simetrija: inverzija vremena (T), naelektrisanja ( C ) i parnosti (P).

Vremensku inverziju (T) je najlakše razumeti. Ako elementarne čestice predstavimo kao bilijarske kugle i zamislimo sudar čestica. Simetrija T kaže da procesi izgledaju potpuno isto bez obzira u kom smeru protiče vreme, tj. Ako snimimo sudar bilijarskih kugli (elementarnih čestica) isti zakoni fizike važiće bez obzira na koju stranu premotavamo film.

Simetrija C kaže da se zakoni fizike neće promeniti ako zamenimo naeletrisanja svih čestica koje učestvuju u nekom procesu. Poznato je da u prirodi svaka čestica ima svoj par, identičnu česticu sa potpuno istim osobinama ali od koje se međusobno razlikuje samo u naelektrisanju. Te suprotno naelektrisane čestice nazivaju se antičestice. Prema tom, simetrija C znači da potpuno potpuno isti zakoni fizike važe za materiju i antimateriju.

Parnost (P) je dobro poznata vrsta simetrije, ali pod drugim imenom. Parnost nije ništa drugo nego simetrija u ogledalu. Ako posmatrate snimak nekog objekta direktno i u ogledalu, teško je razlikovati šta je ogledalo a šta ne. Kad stojite ispred ogledala vaš lik se nalazi na istomm rastojanju od ogledala kao i vi, ako vi pomerite levu ruku lik će takođe pomeriti levu ruku. Nikad nema nikakve razlike. Upravo ovo je simetrija parnosti, a u fizici preciznije se kaže da se zakoni fizike neće promeniti prilikom inverzije koordinata, tj. ako koordinate (x,y,z) zamenimo sa (-x,-y,-z).

Dugo su svi mislili da je priroda jednostavna i da C, P i T simetrija važi uvek i svuda. Pedesetih godina prošlog veka jedan eksperiment promenio je naš pogled na svemir. Neki eksperimenti su pokazali da parnost nije uvek očuvana. Postojale su neke sile (slaba sile) koje su koristile čudno ogledalo – ako bi ispred takvog ogledala mahali levom rukom, vaš lik bi odgovarao desnom. Svet je postajao čudan, P simetrija je narušena. Desetak godina kasnije (1964) fizičari James Cronin i Val Fitch izveli su eksperimente sa jednom česticom koja se naziva K mezon. Ti eksperimenti pokazali su da su simetrije C i P narušene.

Rezultati ovih eksperimenata bili su pravi šok za fizičare. Niko se nije nadao da takvo nešto postoji, nije bilo nijedne teorije koja je ovo mogla da opiše. Radovi trojice ovogodišnjih dobitnika Nobelove nagrade objasnili su upravo rezultate ovih eksperimenata.

Značaj ovih radova nije samo u objašnjenju raspade jedne, za većinu potpuno nepoznate, čestice, ovo nije bilo objašnjenje samo jedne sile, bilo je mnogo više od toga. Narušavanje CP simetrije je verovatno jedan od najvažnijih procesa u prirodi, proces toliko važan da bez njega svet koji poznajemo uopše ne bi postojao. U vreme kada je Univerzum bio tek beba stara nekoliko delova sekundi ceo prostor bio je ispunjen česticama materije i antimaterije. Zakoni fizike kažu da čestice i antičestice uvek nastaju u parovima i uvek nestaju u parovima. Ovo znači da je u univerzumu stvorena ista količina materije i antimaterije, ali… materija je nekako pobedila. Ako se pitate kako to znamo – pogledajte oko sebe, odgovor je svuda – sve je izgrađeno od materije. Za tu pobedu materije nad antimaterijom zaslučno je upravo narušavanje CP simetrije. Poremećaj simetrije omogućio je da na svakih 100 miliona parova kvark-antikvark postoji jedan kvark, jedno ‘zrno’ materije viška. Parovi materije i antimaterije vremenom su nestali a svet oko nas izgradile su upravo ovi kvarkovi koji su bili višak.

Radovi trojice japanskih fizičara, Yoichiro Nambu, Makoto Kobayashi i Toshihide Maskawa, odgovorili su na par jendostavnih pitanja, objasnili su nam zašto postojimo i zašto je svet ovakav kakav jeste.