Fizikai Nobel-díjat ért a gravitációs hullámok megfigyelése

A fizikai Nobel-díj 2017-es kitüntetettjei

Rainer Weiss, Barry C. Barish és Kip S. Thorne kapta az idei fizikai Nobel-díjat a LIGO detektorral végezett úttörő munkásságáért és a gravitációs hullámok megfigyeléséért.

A fizikai Nobel-díj 2017-es kitüntetettjei Forrás: nopelprize.org

Rainer Weiss, valamint Kip Thorne és Barry Barish a LIGO (lézer interferométeres gravitációshullám-vizsgáló obszervatórium) létrehozásában és a gravitációs hullámok megfigyelésében végzett munkájával érdemelte ki az elismerést.

Mik azok a gravitációs hullámok?

Évtizedekig tartó kutatás után tudósok egy nemzetközi csoportja

2015. szeptember 14-én két fekete lyuk ütközése révén végre közvetlen bizonyítékot talált az Albert Einstein által egy évszázada megjósolt gravitációs hullámok létezésére, vagyis a téridő görbületének hullámszerűen terjedő megváltozására.

A gravitációs hullámok egy 1,3 milliárd fényévnyire lévő galaxisból érkeztek a Földre, ahol az Egyesült Államokban működő LIGO észlelte őket.

A jelek igen gyengék voltak, mire elérték a bolygót, de már ez is forradalmat ígért az asztrofizikában - olvasható az indoklásban. A gravitációs hullámok révén a világűrben zajló jelentős események megfigyelésének teljesen új útja nyílik meg, ami jelenlegi tudás határait feszegeti - fűzték hozzá.

Eddig többek között elektromágneses sugárzásra és a részecskékre, például a kozmikus sugárzásra vagy a neutrínókra támaszkodva kutatták a világegyetemet.

A gravitációs hullámok viszont közvetlen nyomai a téridő változásainak.

Ez teljesen új irányt szab a kutatásoknak és ismeretlen területekre nyit ajtót. Felfedezések garmadája vár azokra, akiknek sikerül észlelni a hullámokat és megfejteni az általuk hordozott üzenetet - írta az akadémia.

Rainer Weiss, Barry C. Barrish és Kip S. Thorne amerikai tudósok portréi (b-j) Forrás: MTI/AP/TT NEWS AGENCY/Jessica Gow

A LIGO együttműködésben több mint húsz ország ezernél is több kutatója vesz részt, munkájuk csaknem ötven éves elképzelést váltott valóra az obszervatórium megépítésével és a gravitációs hullámok közvetlen észlelésével.

A három kitüntetett munkája felbecsülhetetlen volt a LIGO sikerében az indoklás szerint. Rainer Weiss, Kip Thorne és Barry Barish vezető szerepet játszott az obszervatórium létrejöttében, ezáltal abban, hogy négy évtizednyi erőfeszítés után két éve sikerült végre közvetlenül észlelni a gravitációs hullámokat.

Einstein pár hónappal azután, hogy közzétette általános relativitáselméletét, 1916 júniusában jósolta meg, hogy minden gyorsuló tömeg gravitációs hullámot kelt és a hullámok annál erősebbek, minél nagyobb az objektum tömege. Gravitációs hullámokat tehát elsősorban nagyszabású kozmikus események, például szupernóvák vagy összeolvadó fekete lyukak keltenek, a hullámok azonban még ezek esetében is csak olyan parányi - pár kilométeres távolság esetén a proton átmérőjének töredékét jelentő - változásokat okoznak a téridőben, hogy még maga Einstein sem hitt abban, hogy valaha mérhetők lesznek. Közvetve 1974-ben sikerült kimutatni őket.

Az egyik LIGO érzékelő - mindegyiknek két kiálló karja van, a téridő hullámzása az egyiket megnyújtja, a másikat pedig összenyomja. Ezt a változást lézerek érzékelik Forrás: Caltech/MIT/LIGO Lab

A LIGO a világ egyik legérzékenyebb tudományos műszere, amely nemrég esett át nagyszabású fejlesztésen. Az egymilliárd dolláros szerkezet két egyforma, négy kilométer hosszú lézerdetektorból áll, amelyeket a kaliforniai és a massachusettsi műszaki egyetem, a Caltech és az MIT épített abból a célból, hogy a Földet elérő gravitációs hullámok által okozott rezgéseket észleljék. A detektorok egyike a Louisiana állambeli Livingstonban, a másik a Washington állambeli Hanfordban van és a proton méreténél tízezerszer kisebb változásokat képesek mérni a téridőben.

Az adatokat nemzetközi összefogásban értékelik, az együttműködésben magyar kutatócsoportok is közreműködnek: köztük a Frei Zsolt asztrofizikus által irányított Eötvös Gravity Research Group és a Wigner Fizikai Kutatóközpont, amelynek munkatársai a LIGO és az Olaszországban működő Virgo detektor közös adatfeldolgozásában vesznek részt.

Díjátadás december 10-én

A kitüntetettek 9 millió svéd koronával ((291,6 millió forintos összeggel) gazdagodnak. Ennek felét Rainer Weiss kapja, a másik felén Kip Thorne és Barry Barish osztozik. A díjátadó ünnepséget hagyományosan december 10-én, az elismerést alapító Alfred Nobel halálának évfordulóján rendezik.

Az 1932-ben Németországban született Rainer Weiss a Massachusettsi Műszaki Egyetem (MIT) professzora. Családja a náci uralom elől menekült az Egyesült Államokba 1938-ban. Az MIT-n végezte tanulmányait, majd tanított a Tufts Egyetemen, a Princeton Egyetemen és 1964-ben tért vissza az alma materébe. Két alapvető fizikai kutatási területe, a kozmikus háttérsugárzás és az interferométeres gravitációshullám-megfigyelés. Weiss úttörőmunkássága a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás mérésében közismert a tudományos közösségben, ő volt a társalkotója és tudományos tanácsadója az amerikai űrkutatási hivatal, a NASA COBE csillagászati műholdjának, amelynek feladata a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás vizsgálata volt. Weiss volt az egyik megalkotója a lézer interferométeres gravitációshullám-vizsgáló obszervatóriumnak, és a LIGO-projekt társalapítója, szellemi vezetője. Számtalan tudományos díj köztük az Einstein-díj, a Gruber-díj, a Shaw-díj, a Kavli-díj, és idén az Asztúria Hercegnője Díj kitüntetettje.

A 71 éves Barry Barish 1957-ben diplomázott a Kaliforniai Egyetem fizika szakán. 1963 óta kutat a Kaliforniai Műszaki Egyetemen (Caltech). Az 1990-es évek óta elsődleges kutatási területe a LIGO. 1997-ben hozta létre a LIGO nemzetközi együttműködést, amelyben ma már a világ több mint ezer tudósa dolgozik.

Az 1940-ben született Kip Thorpe a Caltechen szerezte diplomáját, majd a Princeton Egyetemen PhD fokozatát. A Caltechen fő kutatási területe a gravitációs fizika és az asztrofizika, a feketelyukak és a gravitációs hullámok. Az 1970-es és 80-as években fejlesztette ki a gravitációs hullámok elemzésének matematikai formáit. Társalapítója a LIGO-projektnek.

A mostani 111. díjodaítélés

A fizikai Nobel-díjat 1901 és 2016 között eddig 110 alkalommal ítélték oda 204 tudósnak, de a díjazottak száma 203, mert az amerikai John Bardeen – eddig egyedüliként – két alkalommal (1956, 1972) is megkapta a kitüntetést. Az elismerésben 47 alkalommal részesült egy tudós, 32 alkalommal kettő, 31 alkalommal pedig három. 1901 óta hat alkalommal (1916, 1931, 1934, 1940, 1941, 1942) nem adományoztak fizikai Nobel-díjat.

Az eddigi kitüntetettek között két nő van: Marie Curie 1903-ban, Maria Goeppert-Mayer 1963-ban volt díjazott. Marie Curie több szempontból is rekorder: személyében 1903-ban először érdemelt ki nő Nobel-díjat, amikor férjével, Pierre Curie-vel elnyerték a fizikai Nobelt. A kitüntetés történetében ők az első Nobel-díjas házaspár is. Marie Curie 1911-ben a kémiai Nobel-díjat is elnyerte, ezzel a nők között ő az egyedüli kétszeres Nobel-díjas tudós.

A fizikai Nobel-díjasok átlagéletkora 55 év. A díjat legfiatalabban, 1915-ben az akkor 25 éves Lawrence Bragg kapta, legidősebb korában pedig 2002-ben az akkor 88 éves Raymond Davis Jr. nyerte el. "Családi" díjazásra a Curie házaspáron kívül több példa is van még a fizikai Nobel-díj történetében: Lawrence Bragg édesapjával, Williammel közösen részesült a kitüntetésben 1915-ben, és ha nem is egyszerre, de Niels Bohr (1922) és fia, Aage N. Bohr (1975), Manne Siegbahn (1924) és Kai M. Siegbahn (1981), valamint J.J. Thomson (1906) és George Paget Thomson (1937) személyében szintén apa és fia vehette át a kitüntetést.

Magyar díjazottak

Magyar születésű tudósok közül eddig hárman kaptak fizikai Nobel-díjat. 1905-ben a Németországban dolgozó Lénárd Fülöp "a katódsugaras vizsgálatokra alapozott atommodelljéért (dinamida)", 1963-ban az Egyesült Államokban élő Wigner Jenő "az atommagok és az elemi részek elméletének fejlesztéséért, kivált az alapvető szimmetriaelvek felfedezéséért és alkalmazásáért", 1971-ben pedig a Nagy-Britanniában élő Gábor Dénes "a holográfiai módszer felfedezéséért és fejlesztéséhez való hozzájárulásáért".