בואו לגלות את עמוד הכתבה החדש שלנו
 

אתם מחוברים לאתר דרך IP ארגוני, להתחברות דרך המינוי האישי

טרם ביצעת אימות לכתובת הדוא"ל שלך. לאימות כתובת הדואל שלך  לחצו כאן

לקרוא ללא הגבלה, רק עם מינוי דיגיטלי בהארץ  

רשימת קריאה

רשימת הקריאה מאפשרת לך לשמור כתבות ולקרוא אותן במועד מאוחר יותר באתר,במובייל או באפליקציה.

לחיצה על כפתור "שמור", בתחילת הכתבה תוסיף את הכתבה לרשימת הקריאה שלך.
לחיצה על "הסר" תסיר את הכתבה מרשימת הקריאה.

אחרי 33 שנה התברר שהוא צדק

בשנות ה-60 חשפו חישוביו של הפיסיקאי ג'ון בקול פער מטריד בין הכמות של חלקיקים זעירים שאמורה להגיע מהשמש לכדור הארץ לבין הכמות שמגיעה בפועל. השנה נפתרה "תעלומת חלקיקי הניוטרינו החסרים"

תגובות

השנה נפתרה אחת החידות המסקרנות ביותר בפיסיקה, תעלומת חלקיקי הניוטרינו החסרים, שהעסיקה במשך יותר משלושה עשורים מאות פיסיקאים בכל העולם. הניוטרינו הם חלקיקים זעירים שנחשבו עד לאחרונה כחסרי מסה, הנוצרים במקומות בעלי אנרגיה גבוהה כמו השמש. הם טסים דרך החומר ביקום ללא כל הפרעה, ורק לעתים נדירות יוצרים עמו אינטראקציות.

לפני 33 שנה, הפיסיקאי ג'ון בקול עשה חישובים שרמזו כי רק כשליש מכמות חלקיקי הניוטרינו שנפלטו מהשמש והיו אמורים להגיע לכדור הארץ, אכן הגיעו. נראה היה כי שאר החלקיקים פשוט נעלמו בדרכם לכדור הארץ באופן מסתורי כלשהו. בשבוע שעבר, בביקור בישראל, שיחזר בקול את השתלשלות המחקר על חלקיקי הניוטרינו - מהחישובים שעוררו את החידה הפיסיקלית המטרידה ועד לניסוי שמדענים רבים הגדירו השנה כ"פתרון תעלומת חלקיקי הניוטרינו החסרים".

התעלומה הזאת החלה בעצם בניסיון ללמוד על מקור הפקת האנרגיה של השמש ולאשש את התיאוריה, שלפיה אנרגיית השמש נוצרת כתוצאה מתהליך של בעירה גרעינית. בראשית שנות השישים, בקול, החוקר את ההיבטים התיאורטיים של הפיסיקה במכון ללימודים מתקדמים בפרינסטון, חקר את מנגנון הבעירה של השמש. הוא חשב שמכיוון שחלקיקי הניוטרינו מגיעים ממרכז השמש לכדור הארץ ללא הפרעה, אפשר יהיה ללמוד מהם על מקור האנרגיה של השמש. במקביל פיתח עמיתו של בקול, פרופ' ריי דייוויס, שיטה לאיתור חלקיקי ניוטרינו.

הדרך היחידה לאתר את חלקיקי הניוטרינו היא להתחקות אחרי ההתנגשויות הנדירות ביותר שלהם עם חומר רגיל. דייוויס בנה מכל ענק - בערך בגודל של בריכה אולימפית - מלא בכלור. בקול חישב בינתיים מה הסיכוי שחלקיק ניוטרינו יילכד באטום כלור. הסיכוי הזה, התברר, קטן באופן כמעט מייאש: ביממה אחת, חישב בקול, חלקיק ניוטרינו יילכד בערך באטום אחד.

ב-1964, בשני מאמרים שהתפרסמו במקביל בכתב העת "Physical Review Letters", פירסם בקול את חישוביו, ודייוויס תיאר את הצעתו לאופן ביצוע הניסוי. עמיתיהם לא התלהבו מהרעיונות. "ההצעה נראתה דמיונית להרבה אנשים", אומר בקול. "מהצד הניסיוני חשבו שזה כמעט בלתי אפשרי, ומהצד העיוני אנשים פשוט לא חשבו שזה מעניין".

דייוויס המשיך בניסוי בכל זאת. אולם כאשר התקבלו תוצאות המדידות שלו, התברר שהן אינן תואמות את הניבויים של בקול: במדידות חוזרות ונשנות, שנמשכו כארבע שנים, הצליח דייוויס לגלות רק כשליש מכמות חלקיקי הניוטרינו, שלפי חישוביו של בקול היתה אמורה להגיע מהשמש.

התוצאות עדיין לא פורסמו, אבל חתן פרס נובל בפיסיקה וילי פאולר, מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה (קל-טק), הזמין בחשאי את בקול ואת דייוויס לפגישה וביקש מהם להציג את ממצאיהם. בפגישה נכחו גם הפיסיקאים מארי גל-מאן וריצ'רד פיינמן, שכבר אז זכו למעמד מיתולוגי. בקול ודייוויס הציגו לפניהם את הממצאים. "הייתי בדיכאון, היה ברור שהתוצאה של דייוויס לא מתאימה לחישוב שלי", אומר בקול. "הייתי צעיר, ואף על פי שעשיתי כבר כמה דברים באסטרופיסיקה ובפיסיקה, זה היה הדבר הבולט לעין ונראה היה שהוא לא נכון".

בסוף הפגישה, פיינמן, שמתואר תכופות כאדם אקצנטרי המרוכז רק בעצמו, לקח את בקול לטיול שנמשך שעתיים (בזבוז זמן עצום בעבור פיינמן). "בסוף הטיול הוא אמר לי משפט שאני זוכר עד היום: 'אף אחד לא מצא טעות בחישוב שלך. זה אומר שמה שעשית הוא חשוב, אף על פי שאני לא יודע להסביר את ההבדל בתוצאות".

מעודדים, פנו בקול ודייוויס לכתוב שני מאמרים שתיארו את מה שכונה במשך 33 שנים הבאות "תעלומת חלקיקי הניוטרינו החסרים". שוב, התגובה של עמיתיהם היתה לא נלהבת, בלשון המעטה. "כל הקהילה המדעית חשבה שזה ניסוי מאוד קשה, ולכן לא פלא שהתוצאות לא תאמו לתיאוריה", אומר ישראל דוסטרובסקי, פרופסור אמריטוס במכון ויצמן. "כאשר המשמעות של ניסוי מסוים היא שכל העולם טועה ורק המדען צודק - ברור שינסו לטעון שהבעיה היא בעבודתו של המדען", הוא אומר.

"היה ברור שצריך ניסוי נוסף, שיבדוק את העניין בדרך שונה לגמרי", הוסיף דוסטרובסקי. בניסוי שכונה "קאמיוקנד", שהתבצע בתוך מכל מים כבדים שקבור במכרה בשם קאמיוקה ביפאן, מדדו פיסיקאים שוב את כמות חלקיקי הניוטרינו המגיעים מהשמש. גם הפעם המדענים לא הצליחו לגלות יותר ממחצית מחלקיקי הניוטרינו, שהיו אמורים להיקלט בגלאי הקאמיוקנד. כעבור כמה שנים, צוות אחר (שבו השתתף פרופ' דוסטרובסקי) פירסם תוצאות דומות מניסוי בשם GALLAX, וכך קרה גם בניסוי נוסף, משוכלל יותר, שנעשה בקאמיוקה וכונה "סופר-קאמיוקנד".

עם השתכללות הגלאים, נעשה יותר ויותר קשה להתייחס לתוצאות בביטול, ופיסיקאים נאלצו להודות שאכן ישנם חלקיקי ניוטרינו חסרים. לפי "המודל הסטנדרטי", התיאוריה המקובלת על אודות מבנה החומר, קיימים שלושה סוגי ניוטרינו, שכל אחד מהם מכונה על שם החלקיק שאליו הוא קשור: אלקטרון-ניוטרינו, מיואון-ניוטרינו וטאו-ניוטרינו. כל חלקיקי הניוטרינו המיוצרים בשמש הם מהסוג אלקטרון-ניוטרינו. השניים האחרונים הם אחיו הנדירים יותר, והם מכונים על שם חלקיקי המיואון והטאו, שהם מעין אלקטרונים כבדים. לפי המודל הסטנדרטי, כל שלושת סוגי הניוטרינו הם חסרי מסה.

לאור חישוביו של בקול והמדידות ביפאן ובשאר המקומות, הועלתה ההשערה כי ייתכן שחלקיקי האלקטרון-ניוטרינו נהפכים בדרכם מהשמש לכדור הארץ לחלקיקי מיואון-ניוטרינו וטאו-ניוטרינו. מכיוון שהגלאים הקיימים יכלו לזהות רק את חלקיקי האלקטרון-ניוטרינו, את החלקיקים האחרים פשוט אי אפשר היה לגלות. אבל איך יכולים חלקיקי האלקטרון-ניוטרינו להיהפך למיואון-ניוטרינו וטאו-ניוטרינו? ההסבר הסביר ביותר לכך הוא שלניוטרינו יש מסה, מה שנוגד כאמור את המודל הסטנדרטי.

ואם אכן לניוטרינו יש מסה, משמעות הדבר היא כי צריכה להתקיים "פיסיקה חדשה", מעבר למודל הסטנדרטי. תיאוריות-על ספקולטיוויות, שפיסיקאים אוהבים לאהוב בגלל יופיין המתמטי, עשויות לספק הסבר לקיום ניוטרינו בעל מסה. תיאוריות אלה מנבאות, בין השאר, כי ביקום קיימים יותר ממדים מארבעת הממדים המוכרים לנו.

פרופ' ג'ון בקול, בן 67, נולד וגדל בעיר שריבפורט בלואיזיאנה, שתושביה הם בעיקר שחורים ויהודים. בבית הספר הוא לא התקרב ללימודי מדעים. בשנתו האחרונה בתיכון, זכה עם חבר בתחרות ויכוחים ארצית. "זה היה המפגש הראשון שלי עם עבודה שדרשה יותר מחשבה מכוח", הוא אומר. מיד עם סיום לימודיו, עזב את שריבפורט ונרשם ללימודי פילוסופיה באוניברסיטת קליפורניה בברקלי. שם, בעל כורחו, נתקל לראשונה בפיסיקה. האוניברסיטה חייבה את הסטודנטים לקחת לפחות קורס אחד במדעים, כתנאי לקבלת תואר ראשון. בקול רצה לקחת קורס בפיסיקה, אבל לא אחד מקורסי הפיסיקה-ללא-פיסיקאים. "הפרופסור בקורס שאליו רציתי להירשם אמר לי 'אתה משוגע אם אתה רוצה להיכנס דווקא לקורס הזה, אבל אם אתה כל כך מתעקש אני ארשה לך להירשם'. בהתחלה זה היה נורא", נזכר בקול. עד היום הוא מחשיב את הקורס הזה כ"דבר הקשה ביותר שעשיתי בחיי".

חוץ מהמחקר שלו על חלקיקי הניוטרינו, בקול "תרם תרומה משמעותית כמעט לכל תת-תחום באסטרופיסיקה", אומר אלי וקסמן, פרופסור לאסטרופיסיקה במכון ויצמן. "הוא היה מיוזמי הקמת טלסקופ החלל האבל ועבד על תצפיות בקוואזרים, המלמדות היום רבות על אודות היקום הבראשיתי".

ביולי השנה, פיסיקאים ממצפה הניוטרינו סנ"ו שבקנדה פירסמו את תוצאות הניסוי, שלדעת רבים פתר את תעלומת הניוטרינו החסרים. גלאי הניוטרינו הקנדי רגיש לא רק לחלקיקי האלקטרון-ניוטרינו, כמו הגלאים האחרים, אלא גם לשני סוגי הניוטרינו האחרים. הפיסיקאים החסירו מכמות החלקיקים הכוללת את כמות חלקיקי האלקטרון-ניוטרינו שנמדדה ביפאן, וכך אישרו באופן בלתי תלוי את ההשערה כי חלקיקי האלקטרון-ניוטרינו נהפכים בדרכם לכדור הארץ לסוגי הניוטרינו האחרים, שהגלאים הקודמים פשוט לא יכלו לאתר.

שעות אחדות לאחר ההכרזה על תוצאות הניסוי, אמר בקול בראיון טלפוני כי הוא "מרגיש עכשיו כמו שבטח מרגיש אסיר שזוכה מאשמה. במשך יותר משלושים שנה אנשים הטילו ספק בחישובים שלי על השמש, אבל התוצאות החדשות הן הוכחה לכך שהחישובים היו נכונים".



תגובות

דלג על התגובות

בשליחת תגובה זו הנני מצהיר שאני מסכים/מסכימה עם תנאי השימוש של אתר הארץ

סדר את התגובות
*#
בואו לגלות את עמוד הכתבה החדש שלנו