Nagroda Nobla z fizyki za 2008 roku została przyznana Yoichiro Nambu z Uniwersytetu w Chicago, Makoto Kobayashi z Ośrodka Wysokich Energii w Japonii i Toshihide Maskawa z Uniwersytetu w Kyoto za ich prace na temat łamania symetrii. Nambu otrzyma połowę nagrody za wyjaśnianie mechanizmu spontanicznego łamania symetrii, a pozostała dwójka uczonych podzieli się resztą nagrody w zamian za ich teoretyczne prace wiążące łamanie symetrii z istnieniem w przyrodzie trzech rodzin kwarków.

Symetrie odgrywają w nauce bardzo istotną rolę. Trójka laureatów badała w jaki sposób są one w fizyce mikroświata zachowywane i łamane.

Co to jest symetria? Dobrym przykładem geometrycznego znaczenia tego słowa jest ludzka twarz, której dwie połowy są prawie symetryczne, dzięki czemu na zdjęciach i w odbiciu lustrzanym wyglądamy podobnie. Podobnie jest z sześciokątnym płatkiem śniegu. Jeśli obrócimy go o 60 stopni wokół środka, będzie wyglądał identycznie.

W fizyce symetria to bardziej ogólna idea, mówiąca że układ fizyczny będzie wyglądał tak samo, gdy poddamy to pewnemu przekształceniu. W mechanice kwantowej trzy najważniejsze to niezmienniczość na odwrócenie czasu (oznaczamy literą T od angielskiego “time”, “czas”), na zmianę ładunku elektrycznego (C, “charge”) i parzystości (P, “parity”).

Wyobraźmy sobie, że obserwujemy pod mikroskopem oddziaływania cząstek elementarnych. Odwrócenie czasu to puszczenie od tyłu filmu w czasie takich obserwacji nagranego. Zmiana ładunku to zastąpienie wszystkich cząstek ich odpowiednikami z antymaterii (na przykład protonu antyprotonem, elektronu pozytonem). Zmiana parzystości oznacza obserwację układu w hipotetycznym “trójwymiarowym” lustrze.

Uczeni uważali, że Wszechświat jest niezmienniczy na te trzy przekształcenia.

Przyroda jednak okazała się być bardziej skomplikowana. Większość symetrii jest w niej łamana. I to jest właśnie to miejsce fizyki, gdzie pojawiają się tegoroczni laureaci i ich prace. W latach pięćdziesiątych odkryto, że symetria związana z parzystością jest łamana w przypadku oddziaływań słabych. Dzieje się tak przy rozpadach niektórych jąder atomowych. W roku 1964 James Cronin i Val Fitch odkryli, że rozpad mezonu K łamie także połączenie symetrii C i P (zwane symetrią CP).

Wyniki eksperymentów były niespodzianką i teoretycy musieli zająć się wyjaśnianiem dlaczego przyroda jest mniej symetryczna niż wcześniej sądzono. Laureaci Nagrody Nobla z 2008 roku swoimi pracami wnieśli znaczny wkład w te badania. Wysnuli pomysł, że łamanie symetrii CP może mieć związek z obserwowaną we Wszechświecie przewagą “zwykłej” materii nad antymaterią. Co więcej, innym wnioskiem płynącym z ich prac było przewidzenie istnienia nowych typów kwarków (jednych z podstawowych “klocków” z jakich zbudowana jest materia). Kwarki te odkryto w czasie późniejszych eksperymentów.

Autor

Michał Matraszek