שבירת סימטריה ספונטנית – פרס נובל לפיזיקה 2008

האם שבירת סימטריה גרמה ליקום שלנו לשרוד?

פיזיקת החלקיקים התת-אטומיים זוכה לעדנה: היא בקדמת הבמה מאז ההתרגשות סביב מאיץ ההדרונים בג’נבה והתקוות שיחשוף את רזי היקום וחידושים בתורת החלקיקים; וגם הצפייה לדעת מה קרה בשברירי השניות הראשונות אחרי המפץ הגדול. והנה עתה גם פרס נובל השנה מוענק לפיזיקאים בתחום פיזיקת החלקיקים התת-אטומיים. 

 

It is this broken symmetry that seems to have caused our cosmos to survive

חדשות משטוקהולם, שוודיה – שני אזרחים יפנים ואמריקאי יליד יפן זכו בפרס נובל לשנת 2008 בפיזיקה על תגליותיהם בעולם החלקיקים התת-אטומיים, כך הודיעה האקדמיה המלכותית השוודית למדעים ביום שלישי שעבר.

הפרס מוענק על שבירת סימטריה ספונטנית. העולם שסביבנו שנראה כאילו נוצר במתוכנן, עולם סימטרי, הרמוני ומתוכנן ברמה המאקרוסקופית, והנה יתכן שהוא נוצר על ידי מנגננון של שבירת סימטריה ברמה התת-אטומית. אם נשוב לאחור למצב בו היקום היה במפץ הגדול מלפני 14 מיליארד שנה, בו היו כמויות שוות של חומר ואנטי חומר. על החומר והאנטי חומר היה להשמיד זה את זה. אולם זה לא קרה במציאות, והייתה סטייה זעירה של חלקיק אחד של חומר על כל 10 מיליארד חלקיקי אנטי-חומר. שבירת סימטריה כזו ברמה התת-אטומית נראה שגרמה ליקום שלנו לשרוד. כיצד זה התרחש? נחכה לאביב 2009 למאיץ ההדרונים בג’נבה לאחר שיתקנו אותו והוא יחזור לפעול. אולי המאיץ יוכל לקרב אותנו במשהו לתשובות על מספר שאלות מעניינות.

להלן הודעת הפרס:

“כבר בתחילת 1960 יוצ’ירו נמבו ניסח את התיאור המתמטי שלו לשבירת סימטריה ספונטנית בפיזיקת החלקיקים האלמנטרים. שבירת סימטריה ספונטנית מסתירה טבע מסודר תחת פני שטח שהם לכאורה מבולבלים. היא הוכחה כיעילה ביותר, והתיאוריות של נמבו מחלחלות מבעד למודל הסטנדרטי של החלקיקים האלמנטריים. המודל מאחד את אבני הבניין הקטנים ביותר של החומר ושלושה מארבעת הכוחות של הטבע בתיאוריה יחידה אחת. שבירות הסימטריה הספונטניות, שאותן חקר נמבו, הן שונות משבירות הסימטריה שמתוארות על ידי מקוטו קוביאשי וטושיהידה מסקווה. הופעות ספונטניות אלה נראה שהיו קיימות בטבע מאז תחילת היקום ובאו בהפתעה גמורה כאשר הן לראשונה הופיעו בניסויי חלקיקים ב-1964. זה רק בשנים האחרונות שמדענים הצליחו לגמרי לאשר את ההסברים של קוביאשי ומסקווה שבוצעו ב-1972. זה עבור עבודה זו שהם זוכים עתה בפרס נובל בפיזיקה. הם הסבירו שבירת סימטריה במסגרת המודל הסטנדרטי, אבל דרשו שהמודל יורחב לשלוש משפחות של קוורקים. קוורקים חדשים היפותטים אלה שנובאו, לאחרונה הופיעו בניסויים פיזיקאליים. לאחרונה ב-2001, שני גלאיי חלקיקים באבר בסטנפורד, ארה”ב ובל בטסוקובה, יפן, שניהם הבחינו בשבירות סימטריה באופן בלתי תלוי זה בזה. התוצאות היו בדיוק כפי שקוביאשי ומסקווה ניבאו כמעט שלושה עשורים קודם לכן.

שבירת סימטריה שעד כה לא הוסברה מאותו הסוג מונחת במוצא עצמו של היקום במפץ הגדול מלפני 14 מיליארד שנה. אם כמויות שוות של חומר ואנטי חומר נוצרו, עליהם היה להשמיד את עצמם. אולם זה לא קרה, הייתה סטייה זעירה של חלקיק אחד נוסף של חומר עבור כל 10 מיליארד חלקיקי אנטי-חומר. זוהי שבירת סימטריה זו שנראה שגרמה ליקום שלנו לשרוד. השאלה בנוגע לכיצד זה התרחש עדיין נותרת ללא מענה. אולי מאיץ החלקיקים החדש LHC [מאיץ ההדרונים] בסרן אשר בג’נבה יחשוף את המסתורין שממשיך להפליא אותנו”. 

מעט רקע על הזוכים. 

האמריקאי יוצ’ירו נמבו Yoichiro Nambu בן 87 מאוניברסיטת שיקגו זכה במחצית הפרס על תגליתו הבאה: המכניזם שקרוי שבירת סימטריה ספונטנית spontaneous broken symmetry – בפיזיקת החלקיקים התת-אטומיים.

 

נמבו

מקוטו קוביאשי בן 64 Makoto Kobayashi שעובד בארגון מחקר המאיץ לאנרגיות גבוהות או KEK בטסוקובה ביפן, וטושיהידה מסקווה בן 68 Toshihide Maskawa מיפן גם כן, שעובד במכון לפיזיקה תיאורטית באוניברסיטת קיוטו ביפן: אותה אוניברסיטה שבה אינשטיין נתן את ההרצאה המפורסמת שלו “כיצד יצרתי את תורת היחסות” ב-14 לדצמבר, 1922 וסיפר כיצד הגיע לתורת היחסות: 

אינשטיין ביפן 1922

קוביאשי ומסקווה חולקים את מחצית הפרס השניה על תגליתם הבאה: המקור לשבירת הסימטריה, שמנבאת את הקיום של לפחות שלוש משפחות של קוורקים בטבע. 

 

שלושת זוכי הנובל

 

לתיאוריות של נמבו יש חשיבות רבה לגבי המודל הסטנדרטי של החלקיקים האלמנטריים. נמבו, יליד יפן, עבר להתגורר בארה”ב ב-1952 והוא פרופסור באוניברסיטת שיקגו מזה 40 שנה. בתחילת שנות הששים, הוא ניסח את תיאורו המתמטי לתיאוריה שלו. השניים האחרים קוביאשי ומסקווה הסבירו שבירת סימטריה במסגרת המודל הסטנדרטי ודרשו שהמודל יורחב לשלוש משפחות של קוורקים. רק לאחרונה ב-2001 קוורקים היפותטיים אלה שנובאו בתיאוריה כאמור הופיעו בניסויים. שני גלאי החלקיקים בסטנפורד וביפן- שניהם איבחנו שבירת סימטריות באופן בלתי תלוי זה בזה. התוצאות היו בדיוק כפי שקוביאשי ומסקווה ניבאו כמעט שלוש עשורים קודם לכן. שלושת הזוכים יחלקו את סכום הפרס בשווי מיליון קרונר – כלומר, 1.4 מיליון דולר – והזמנה לחגיגות הפרס בשטוקהולם שיערכו בעשירי לדצמבר.

 

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s