Der Physik-Nobelpreis 2015
Der Physik-Nobelpreis 2015 geht an die Physiker Takaaki Kaijta (*1959) und Arthur B. McDonald (*1943) für ihre Entdeckung der Neutrinooszillation, welche beweist, dass Neutrinos eine Masse haben.
Die Preisübergabe erfolgt im Rahmen einer großen Feier am 10. Dezember, dem Todestag Alfred Nobels.
Arthur B. McDonald (*1943, Sydney, Kanada) ist ein kanadischer Physiker, der zunächst in Kanada studierte und später am California Institute of Technology in Physik promovierte. In den 1980iger Jahren war er Professsor in Princeton, später ging er wieder nach Kanada. McDonald erforscht das Gebiet der Elementarteilchenphysik. Seiner Forschergruppe gelang 2001 der Nachweis der Jahrzehnte vorher theoretisch vorhergesagten Neutrinooszillation anhand der Untersuchung kosmischer Sonnenneutrinos. Für diese Entdeckung wurde McDonald u.a. bereits mit der Benjamin-Franklin-Medaille ausgezeichnet.
Takaaki Kaijta (*1959, Higashimatsujama, Japan) ist ein japanischer Physiker, der in Tokio Physik studierte, dort promovierte und auch heute auf dem Gebiet der Elementarteilechenphysik forscht. Ende der 1980iger Jahre entdeckte seine Forschungsgruppe, dass die atmosphärischen Neutrinos weniger sogenannte Myonneutrinos aufweisen, diese Neutrino-Anomalie erklärten sie 1988 mit der Neutrinooszillation. Kaijta wurde bereits früher für seine Entdeckungen mit vielen wissenschaftlichen Ehrungen, z.B. 2002 mit dem Panofsky-Preis für Teilchenphysik, ausgezeichnet.
Zum Thema:
Neutrinos zählten lange zu den meistgesuchten Teilchen. Der Quantenphysiker Wolfgang Pauli (Nobelpreis 1945) hat die Existenz dieses Elemetarteilchens bereits 1930 theoretisch vorhergesagt. Der Nachweis der Existenz von Neutrinos gelang Physikern in einem Nuklearreaktor 1956 (vgl. Nobelpreis 1995), allerdings war damit noch nicht geklärt, ob Neutrinos eine Masse haben.
Erste Neutrino-Beobachtung in einer Blasenkammer 1970
Klar war nur, wenn Neutrinos eine Masse haben, dann nur eine außerordentlich kleine Masse. In den folgenden Jahrzehnten wurde in sehr aufwändigen Experimenten mit riesigen unterirdischen Detektoren versucht, eine Neutrinomasse zu bestimmen. In der Wissenschaft galten Neutrinos lange als die masselosen Teilchen, die in der kosmischen Strahlung alle Matrerie durchdringen. Zunächst erkannte man aber, dass es nach ihrem unterschiedlichen Symmetrieverhalten drei unterschiedliche Neutrino-Generationen gibt; das Elektron-Neutrino, das Myon-Neutrino und das Tau-Neutrino (siehe Bild Standardmodell der Elementarteilchen), die sich nur unter einer Bedingung ineinander umwandeln können, nämlich wenn sie eine Masse besitzen. Diese Umwandlung nennt man Neutrino-Oszillation. Takaaki Kaijta konnte erstmals eine solche Neutrino-Oszillation für Myon-Neutrinos in einem riesigen Detektor, 1000 Meter unter der Erde, nördlich von Tokio nachweisen. Demnach müssen Neutrinos eine (extrem geringe) Masse haben.
Standardmodell der Teilchenphysik
Das Standardmodell der Teilchenphysik berücksichtigt die massebehafteten Teilchen. In den ersten 3 Spalten stehen die sogenannten Fermionen (Teilchen mit halbzahligem Spin). Darin sind die bekannteren, den Atomkern aufbauenden Neutronen und Protonen aus 6 Quark-Teilchen (aus 3 Quark-Familien: up/down, charm/strange und top/beauty) aufgebaut, das sind die blauen Kästchen oben links. Darunter kommen die Familien der sogenannten Leptonen, dabei die Neutrinos und ganz unten links findet man das Elektron. Dann gibt es in den beiden rechten Spalten die Teilchen vom Typ Boson (mit ganzzahligem Spin), oben ganz rechts das berühmte Higgs-Boson. Die Teilchen unterscheiden sich durch ihr Symmetrieverhalten (Spin), man vergleiche dazu auch den Nobelpreis für Physik 2008 sowie den Nobelpreis für Physik 2013.
Weblink (mit Bildern):
http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2015/ (Seite der Nobelstiftung)
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2015/press.html (Pressemitteilung der Nobelstiftung)