Presentationstal av Professor Lars Brink, ledamot av Kungliga Vetenskapsakademien, i Stockholms Konserthus 10 december 2004.

Professor Lars Brink presenterar Nobelpriset i fysik 2004 i Stockholms Konserthus. Copyright © Nobel Media AB 2004 Photo: Hans Mehlin

Eders Majestäter, Eders Kungliga Högheter, mina damer och herrar,

När Isaac Newton såg äpplet falla förstod han hur tyngdkraften verkar, och han kunde formulera en lag för detta. Han kunde tillämpa den på månens gång runt jorden och förklara denna. Samtidigt kunde han visa att kraften minskar då avståndet mellan två kroppar ökar. Senare fann man en liknande minskning för kraften mellan två elektriskt laddade kroppar, när man för dem bort ifrån varandra. Men vad är en kraft, hur uppstår den, hur kan den verka i tomma intet? För ganska exakt hundra år sedan förstod Albert Einstein att ljuset kan beskrivas som en samling partiklar, fotoner, som skickas från en elektriskt laddad kropp till en annan, och att det är dessa partiklar som förmedlar den elektromagnetiska kraften. De förmedlar en kraft p.s.s. som fotbollen som målvakten inte kan stoppa, eller som kanonkulan som kan skjuta bort ett torn på en fästning. Vi kan också minnas hur Baron von Münchhausen kastade sig fram och tog tag i en utskjuten kanonkula för att flyga över en mur.

Varför avtar kraften med ökande avstånd? Kanonkulan möter ett luftmotstånd, men fotonens kraft avtar även i vakuum. Jo, i mikrokosmos kan partiklarna också uppfattas som vågor. (Det är ju den vanliga beskrivningen av ljuset). Ju längre bort från källan man befinner sig, desto mindre del av vågen stöter till en. När vågen som uppstod när Krakatau exploderade år 1883 slog emot Sumatras kust vållade den ofantlig skada, men när den nått fram till Afrikas kust mycket längre bort var den mest en lätt dyning. Vi kan också förstå tyngdkraften p.s.s som den elektromagnetiska kraften. Här har vi dock inte kunnat upptäcka kraftpartiklarna än, men vi är övertygade om att de finns.

Samtidigt som fysikern vill förstå de fundamentala krafter som verkar i naturen vill hon också förstå vilka de fundamentala byggstenarna är. Vi har delat upp materian i atomer och vidare i elektroner och atomkärnor med sina protoner och neutroner. Det stod tidigt klart att i kärnan måste andra krafter verka, den svaga kärnkraften som ger upphov till de radioaktiva sönderfallen och den starka kärnkraften, som håller ihop kärnan trots att den elektriska kraften mellan protonerna vill separera dem. Dessa krafter verkar över mycket korta avstånd; avstånd lika osannolikt små som atomkärnan i sig. Att förstå dessa krafter och att förstå naturens fundamentala byggstenar har varit partikelfysikens stora uppgift under de senaste femtio åren, och årets nobelpris fullständigar den bild som arbetena bakom ett flertal tidigare pris lett fram till som säger att vi nu vet vilka byggstenarna är, och att vi nu har en beskrivning av de fyra grundläggande krafterna.

En av dessa tidigare upptäckter var när man förstod att protonerna och neutronerna var uppbyggda av mer grundläggande partiklar, kvarkar. Man fann att dessa kunde ha olika typer av laddningar som man kom att kalla färgladdningar. Till synes fungerar dessa som de elektriska laddningarna, och det var naturligt att tro att kvarkarna skulle uppföra sig som elektronerna. Dock i motsats till elektronerna kunde man inte finna några fria kvarkar. Det tycktes istället som om kraften mellan dem ökade med avståndet, och motsatt att när två kvarkar kom nära varandra kände de knappast av varandra. Man sade att de var “asymptotiskt fria”. Kunde en teori för kvarkar uppföra sig så? Våra kunskaper från den elektromagnetiska kraften sade oss att detta inte var möjligt. Omkring år 1970 stod partikelfysiken inför ett stort dilemma. Allt sunt förnuft samt alla räkningar man gjort sade oss att kvarkarna borde uppföra sig tvärtemot vad experimenten tycktes säga oss. Till slut kunde man formulera en direkt fråga. Finns det någon teori som leder till ett negativt tal på rätt ställe? Alla man prövat på gav positiva resultat.

År 1973 kunde så David Gross och Frank Wilczek och David Politzer beräkna talet efter långa uträkningar för en ny klass av teorier. Till världens och deras egen stora förvåning fann de talet –11/3, signalen för asymptotisk frihet! Sällan har ett negativt resultat varit så positivt! Nu kunde man snabbt formulera en teori för den starka kraften mellan kvarkarna och sedan gällde det att jämföra i detalj med experiment. Under de senaste femton åren har experimenten vid de stora partikelacceleratorerna med stor noggrannhet bekräftat teorin. Gross, Politzers och Wilczeks teori beskriver kvarkarnas fysik, den materia som vi till största del är uppbyggda av!

Sedan upptäckten gjordes har så forskningen visat att dessa teorier är unika. Det finns inga andra teorier som kan bekräfta den experimentella bilden och nog är det skönt att veta att naturen valt just den teori som vi funnit vara den enda möjliga.

Professor Gross, Professor Politzer, Professor Wilczek.

You have been awarded the 2004 Nobel Prize in Physics for your discovery of asymptotic freedom in the theory of the strong interactions. It is an honour for me to convey the warmest congratulations of the Royal Swedish Academy of Sciences. I now ask you to step forward to receive your Nobel Prizes from the hands of His Majesty the King.