Нобелівську премію поділили канадець Артур Макдональд і японець Такаакі Кадзита, які експериментально довели взаємне перетворення різних видів нейтрино, що означає наявність у них маси.
У 2015 році Нобелівський комітет знову повернувся обличчям до фізики елементарних частинок. Цього разу Нобелівська премія вручена фізикам, які зробили значний внесок у вирішення однієї з найцікавіших і значних проблем другої половини XX століття, пов'язаної з нейтрино. Незважаючи на більш ніж півстолітню історію досліджень цих частинок, у вчених залишається до них ще багато питань. А ці частинки становлять великий інтерес для сучасної фізики. З одного боку інформація про них потрібна для уточнення теорії, що описує мікромір, так званої Стандартної моделі, з іншого боку з ними пов'язують пошуки нової фізики.
Загальновідомо дуже слабка взаємодія нейтрино з речовиною. Вони можуть пройти крізь Землю або Сонце, не потривоживши жоден атом. Більш того, вони так можуть пройти через мільярди зірок. З одного боку це ускладнює їх реєстрацію та вимірювання характеристик, а з іншого робить джерелом найважливішої інформації про еволюцію Всесвіту і процеси, що відбуваються всередині зірок. Вчені також вважають, що нейтрино можуть відігравати ключову роль у поясненні асиметрії матерії та антиматерії у Всесвіті, яка полягає в тому, що після Великого Вибуху не відбулося повної взаємної анігіляції матерії та антиматерії, а частина матерії все ж уціліла і сформувала наш Всесвіт.
Одна з проблем, пов'язаних з нейтрино, - це проблема їх маси. Довгий час передбачалося, що нейтрино не має маси. Саме так вони розглядалися в початковому варіанті Стандартної моделі. Вирішення цього питання важливе не тільки для розуміння фізики елементарних частинок. Нейтрино породжуються ядерними реакціями, що відбуваються у Всесвіті, і після фотонів це найпоширеніші в ній частинки. Їх число величезне. Щосекунди через квадратний сантиметр проходять понад 60 млрд нейтрино. Так що навіть при дуже малій власній масі загальна маса всіх нейтрино може бути дуже велика і може впливати на еволюцію Всесвіту. За сучасними оцінками маса всіх нейтрино приблизно дорівнює масі всіх видимих зірок у Всесвіті.
Ще одна проблема виникла при визначенні кількості електронних нейтрино, що приходять на Землю від Сонця. З 1970-х років експерименти реєстрували всього одну третину від передбаченої теорією їх кількості. Це назвали дефіцитом числа електронних нейтрино. Для пояснення явища було висунуто два десятки припущень, з яких перемогла гіпотеза так званих нейтринних осциляцій (коливань). У ній передбачалося, що електронні нейтрино на шляху від Сонця перетворювалися на інші типи нейтрино, які не реєструвалися в експериментах. Цікаво, що ідею осциляцій елементарних частинок висловив радянський академік Бруно Понтекорво ще в 1957 році. Серйозно про осциляції нейтрино заговорили в другій половині 1990-х років.
Наразі відомо про три типи нейтрино, кожен з яких завжди народжується разом з відповідним лептоном - електроном, мюоном або тау-лептоном, за яким вони і отримали свої назви. Згідно з гіпотезою нейтринних осциляцій відбувається періодичний у часі і просторі процес перетворення нейтрино один в одного. Так що в пучці, що складається спочатку тільки з електронних нейтрино, у міру поширення з'являється примісь мюонних і тау-нейтрино з одночасним зменшенням частки електронних.
Цікаво, що вирішення цієї проблеми виявилося пов'язаним з проблемою маси нейтрино. Справа в тому, що осциляції нейтрино можливі тільки при наявності у них мас.
Причина цього за сучасними уявленнями в тому, що електронне, мюонне і тау-нейтрино є квантовою сумішшю трьох станів з різними масами, кожен з яких входить зі своєю часткою. Можна сказати, що електронне, мюонне і тау-нейтрино складаються з трьох хвиль, кожна з яких коливається зі своєю частотою і амплітудою. Тому, якщо в початковий момент часу сума цих хвиль виглядала як електронне нейтрино, то через деякий час ці хвилі складуться так, що з'являється примісь мюонного і тау-нейтрино, що і вимірюють експериментатори як дефіцит в числі електронних нейтрино.
Так що фізики вже давно вважають, що нейтрино мають масу, хоча вона поки так і не вимірена безпосередньо. Була навіть проведена відповідна невелика модифікація формул Стандартної моделі, що не порушила її суті. Але експериментальні докази цього були отримані на рубежі XX і XXI століть. Лауреати нобелівської премії 2015 року японець Такаакі Кадзита і канадець Артур Макдональд якраз і були ключовими фігурами двох великих науково-дослідних груп, які досліджували осциляції нейтрино.
У 1998 році були опубліковані результати японських вчених з осциляції атмосферних нейтрино, що виникають при взаємодії космічних променів з ядрами атомів атмосферних газів, отримані в експерименті Супер-Каміоканді (Super-Kamiokande). Коли нейтрино стикається з молекулою води в баку детектора, народжується швидка, електрично заряджена частинка. Вона породжує черенківське випромінювання, яке вимірюється світловими датчиками. Його форма та інтенсивність показують тип нейтрино і звідки воно прийшло. Мюоні нейтрино, які прийшли зверху, були більш численні, ніж ті, які подорожували довшим шляхом через всю земну кулю. Це показує, що мюонні нейтрино в другому випадку перетворилися на інші типи нейтрино
У 2001 році осциляції сонячних нейтрино були доведені в нейтринній обсерваторії в Садбері (SNO - Sudbury Neutrino Observatory). Там реакції між нейтрино і важкою водою в баку детектора дали можливість виміряти кількість, як електронних нейтрино, так і всіх трьох типів нейтрино разом. Було виявлено, що електронних нейтрино менше, ніж очікувалося, в той час як загальна кількість всіх трьох типів нейтрино разом відповідала очікуванням. З цього випливало, що частина з електронних нейтрино перетворилася на інші види нейтрино.
За матеріалами офіційного сайту Нобелівського комітету