Крупное открытие в физике элементарных частиц
Кадзита Такааки возглавил международную исследовательскую группу, которая занимается наблюдениями над попадающими к нам из пространства нейтрино в исследовательском центре «Супер-Камиокандэ», созданном в районе Камиока города Хида в префектуре Гифу. В 1998 году группа представила научному сообществу открытие – удалось определить, что мюонные нейтрино превращаются в другой вид, тау-нейтрино. Это явление называется «осцилляция нейтрино».
Это открытие стало подтверждением того, что нейтрино обладают массой, хотя ранее предполагали обратное. Благодаря этому стало возможным серьёзно пересмотреть Стандартную модель, то есть теорию, описывающую мир элементарных частиц и возникновение Вселенной.
Профессор Кадзита после сообщения о присуждении премии встретился с журналистами и выразил свою радость словами: «Это большая честь. Я рад, что чистая наука оказалась в центре внимания». Кроме того, он подчеркнул, что над исследовательским проектом работает команда, в которую входят более сотни учёных: «Здесь упоминается моё имя, но я считаю это подтверждением заслуг всей группы исследователей «Супер-Камиокандэ».
Дожить до Нобеля и не умереть
Физики шутят: чтобы получить Нобелевскую премию, надо долго жить. И в этом году сработал тот же принцип. Нобелевский комитет присудил премию по физике двум 90-летним ученым и их более «молодому» коллеге 73 лет. Из призового фонда в $1,1 млн одну половину разделят поровну японец Сюкуро Манабе (родился 21 сентября 1931 года), который много лет живет в Америке и работает в Принстонском университете, и его ровесник из Германии Клаус Хассельман (ему исполнится 90 лет 25 октября), представляющий Институт метеорологии Макса Планка. Усилия обоих ученых были направлены на оценку изменения климата и его предсказание. Нобелевский комитет премирует их «за физическое моделирование климата Земли, количественную оценку изменчивости и надежное прогнозирование глобального потепления».
Вторую половину премии получит 73-летний итальянец Джорджо Паризи из римского университета Ла Сапиенца. Ему достанется полмиллиона долларов «за открытие взаимодействия беспорядка и флуктуаций в физических системах от атомных до планетарных масштабов». Флуктуация — это любое случайное отклонение какой-либо величины.
На протяжении четырех десятилетий Паризи изучал сложные неупорядоченные системы, заинтересовавшись ими еще в 1980 году, и с тех пор заложил мощный научный фундамент для различных предсказаний в тех системах, где господствуют хаос и беспорядок (например, климат Земли). «Его открытия являются одними из самых важных вкладов в теорию сложных систем, — говорится в пресс-релизе Нобелевского комитета. — Они позволяют понять и описать множество различных и явно совершенно случайных материалов и явлений не только в физике, но и в других, очень разных областях, таких как математика, биология, нейробиология и машинное обучение».
Отметим, что победу Джорджо Паризи предсказывали эксперты. Его имя фигурировало в рейтинге самых цитируемых ученых 2021 года, которую накануне Нобелевской премии традиционно выпустила компания Clarivate. Мы также упоминали его в обзоре «Кто получит Нобелевскую премию — 2021?». Так что его номинирование не стало сюрпризом. А вот тему изменения климата на Земле никто в прогнозах не упомянул.
Выдвижение и отбор
Три лауреата Нобелевской премии по физике. Передний ряд L-R: Альберт А. Михельсон (Лауреат 1907 г.), Альберт Эйнштейн (Лауреат премии 1921 г.) и Роберт А. Милликен (Лауреат премии 1923 г.).
Максимум три Нобелевские лауреаты и две разные работы могут быть отобраны на соискание Нобелевской премии по физике. По сравнению с другими Нобелевскими премиями процесс выдвижения и отбора кандидатов на соискание премии по физике является долгим и тщательным
Это ключевая причина, по которой с годами она стала самой важной премией по физике
Нобелевские лауреаты выбираются Нобелевский комитет по физике, а Нобелевский комитет который состоит из пяти членов, избранных Шведская королевская академия наук. На первом этапе, который начинается в сентябре, группе из примерно 3000 отобранных профессоров университетов, лауреатов Нобелевской премии по физике и химии и других высылаются конфиденциальные формы для номинаций. Заполненные формы должны прибыть в Нобелевский комитет до 31 января следующего года. Кандидаты тщательно изучаются и обсуждаются экспертами, и их количество сокращается примерно до пятнадцати имен. Комитет представляет отчет с рекомендациями по окончательным кандидатам в Академию, где на уроке физики он обсуждается дополнительно. Затем Академия большинством голосов делает окончательный выбор лауреатов по физике.
Имена номинантов никогда публично не объявляются, и им также не сообщается, что они рассматривались на получение Премии. Записи о выдвижении запечатываются на пятьдесят лет. Хотя посмертные назначения не разрешены, награды могут быть присуждены, если человек умер в месяцы между решением комитета (обычно в октябре) и церемонией в декабре. До 1974 года посмертные награды разрешались, если кандидат умер после выдвижения.
Правила присуждения Нобелевской премии по физике требуют, чтобы важность признанных достижений была «проверена временем». На практике это означает, что разрыв между открытием и наградой обычно составляет порядка 20 лет, а может быть и больше
Например, половина Нобелевской премии по физике 1983 г. была присуждена Субраманян Чандрасекар за его работу по звездной структуре и эволюции, проделанную в 1930-е годы. Обратной стороной этого правила, проверенного временем, является то, что не все ученые живут достаточно долго, чтобы их работа была признана. Некоторые важные научные открытия никогда не рассматриваются в качестве призов, поскольку первооткрыватели умирают к тому времени, когда их работа оценивается по достоинству.
Сложные системы с элементами хаоса
Современная физика — это физика сильно взаимодействующих систем, когда все взаимодействует со всем. Эта тема сегодня обсуждалась в рамках прямой трансляции вручения Нобелевской премии по физике на канале «Наука», в ходе дискуссии физика и телеведущего Алексея Семихатова и его гостя, профессора РАН Эдуарда Девятова.
Семихатов пояснил, что Джорджо Паризи сделал прорывные открытия в квантовой хронодинамике и в исследованиях сложных неупорядоченных систем.
«Здесь самое сложное слово — «квантовая хронодинамика», — отметил Семихатов. — Это воздействие кварков, которые слагают протоны, из которых сложено вещество — вообще все, окружающее нас. И это страшно сложная система: они взаимодействуют способом, для которого у нас нет хорошей математики. Нужно каким-то образом исхитряться для того, чтобы описывать эту сильно взаимодействующую систему, которая сама про себя все знает, но со стороны ее описать очень трудно».
Доктор физико-математических наук, заместитель директора Института физики твердого тела РАН Эдуард Девятов рассказал о том, что теория Джорджо Паризи гораздо шире и практичнее, чем кажется на первый взгляд.
«Методы физики довольны общие. Например, методы теории поля и методы того, что применяется к ядру, были перенесены в физику твердого тела. И возникла та же самая проблема: у нас нет математики, которая позволяет точно это описать. Надо делать приближение разной степени грубости, их надо угадывать. Каждая частица взаимодействует со всеми остальными одновременно. И понимание неупорядоченной системы очень пригодилось, когда эти методы перенесли, например, в физику твердого тела, где тоже есть беспорядок, взаимодействие с примесями… Все это в конце концов активно использовалось для того же самого транзистора. То есть для понимания работы основного элемента современных вычислительных систем и для проектирования, например, задачи спинтроники применяются те же самые методы. Так что это очень близко к жизни людей, это не только рафинированная наука».
Напоминаем, что завтра состоится объявление лауреатов по химии. Смотрите прямую трансляцию на канале «Наука» в 12:25!
Предсказание климата
Несмотря на то что погода на нашей планете изменчива и хаотична, ее можно предсказывать — и вполне надежно. Сюкуро Манабе считается пионером компьютерного моделирования климатических изменений. Он начал изучать феномен глобального потепления задолго до того, как это стало мейнстримом, — еще в 1960-х годах. Манабе одним из первых продемонстрировал, как повышенный уровень углекислого газа в атмосфере приводит к повышению температуры на поверхности Земли. Также он был первым ученым, исследовавшим взаимодействие между радиационным балансом и вертикальным переносом воздушных масс. Его работы лежат в основе современных климатических моделей.
О том, что может произойти с нашей планетой из-за потепления климата, мы рассказывали в материале «Пять теорий скорого апокалипсиса», основанном на исследованиях ученых и компьютерном моделировании. Даже краткий перечень может вогнать в уныние: глобальное потепление грозит затоплением прибрежных городов и целых стран из-за поднимающегося уровня океана, вымиранием 40% насекомых и многих видов животных, для которых они служат пищей, опустыниванием больших территорий, экстремальными природными явлениями, переселением животных и насекомых с юга и приходом сопутствующих смертельных болезней (таких как малярия, лихорадка денге, вирус Западного Нила и пр.) и другими опасными последствиями. Также климатологи видят большую угрозу на дне Мирового океана. Если вода потеплеет на несколько градусов, гигантские запасы природного газа поднимутся к поверхности, спровоцировав резкое прогревание атмосферы Земли. В истории планеты такое случалось несколько раз и приводило к окончанию ледниковых эпох или наступлению термических максимумов с катастрофическими последствиями для биосферы.
Свежий нобелевский лауреат Клаус Хассельман доказал, что повышение температуры в атмосфере вызвано антропоморфным фактором, а именно — выбросами углекислого газа человеком. Разработанные им методы предсказаний позволили объединить погоду и климат с учетом случайных процессов, таких как деятельность человека и стихийные природные явления. Ученый не раз подчеркивал необходимость широты знаний в физике и говорил о том, что выход за пределы своей специализации сулит новые открытия. Это подтверждает и биография лауреата. В своих исследованиях Хассельман начал с изучения океанических волн, прошел через физику элементарных частиц и квантовую теорию поля и лишь затем пришел в область моделирования климата.
Второй японский учёный в этом году получает Нобелевскую премию
Нобелевской премии 2015 года удостоен директор Института исследований космического излучения Токийского университета Кадзита Такааки за открытие нейтринных осцилляций. Второй учёный, получивший вместе с ним эту премию – Артур Макдональд, почётный профессор канадского Университета Куинс.
За день до этого, 5 октября, стало известно о присуждении Нобелевской премии по физиологии и медицине почётному профессору Университета Китасато Омуре Сатоси. В области физики японские учёные награждаются этой премией второй год подряд – в прошлом году премию по физике получили заслуженный профессор Акасаки Исаму и профессор Амано Хироси из Университета Нагоя и Накамура Сюдзи из Университета Калифорнии, Санта-Барбара. Кадзита Такааки стал 24-м японцем (включая имеющих иностранное гражданство), удостоенным этой награды.
