Presentationstal av Professor Lars Brink, ledamot av Kungliga Vetenskapsakademien; ledamot av Nobelkommittén för fysik, 10 December 2008

Professor Lars Brink presenterar Nobelpriset i fysik 2008 i Stockholms Konserthus. Copyright © The Nobel Foundation 2008 Photo: Hans Mehlin

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

Jorden är rund. Denna enkla mening rymmer så mycket. Den visar att vi människor ser objekten omkring oss i symmetriska former. Detta har människan gjort så länge hon kan minnas. Redan de gamla grekerna klassificerade de geometriska föremålen och införde de begrepp som vi idag använder. Meningen visar också symmetriernas betydelse för de fysikaliska lagarna. Dessa tillåter inte jorden att vara platt eller fyrkantig. Lagarna har en symmetri inbyggd i sig. Men jorden är ju inte exakt rund. Radien vid ekvatorn är något större än vid polerna. Vi har ju berg och dalar. Symmetrin är svagt bruten skulle fysikerna säga. Det finns delar av de lagar som bestämmer jordens form som bryter symmetrin. När vi speglar oss tar vi bilden vi ser som en verklig bild av oss. Men är den det? Är vi symmetriska om vi drar en linje från huvudet ned, som delar kroppen i två delar? Nej, inte fullständigt. Det sägs ofta att ett ansikte är mer intressant om det är något osymmetriskt, om symmetrin är något bruten. Pablo Picasso experimenterade med detta i sina målningar av Dora Maar där de två ansiktshalvorna representerade olika sinnestämningar. Men det verkliga människoansiktet är mer spegelsymmetriskt än så.

Ofta finner vi situationer där symmetrin måste brytas. Om vi befinner oss på en symmetrisk topp nästan som Matterhorn är det en instabil situation. Håller vi inte i oss kommer vi att falla åt ett håll och rutscha ned till foten av berget. Vi vet inte på förhand i vilken riktning. Symmetrin som säger att alla riktningar är lika sannolika har brutits spontant. Lagarna är fortfarande symmetriska men vår belägenhet, grundtillståndet för systemet, som fysikern säger, är det inte. Vi ser inte symmetrin, men den finns där.

Hur återspeglas detta i de grundläggande naturlagarna, de som styr fysiken vid de minsta avstånden? När man från 1950-talet framåt kunde studera elementarpartiklarna och de krafter som verkar mellan dem, fann man att allt som de underliggande symmetrierna tillåter kan hända. Lagarna måste därför ha oerhört starka restriktioner från dessa symmetrier för att vara meningsfulla. Hur kan detta leda till vårt mikrokosmos med fyra grundläggande krafter och med en stor mångfald bland elementarpartiklarna? Den avgörande idén kom från Yoichiro Nambu som år 1960 visade att också de grundläggande naturlagarna kan uppvisa spontant symmetribrott som i fallet med personen på Matterhorn. Man kan ha starka begränsningar från stora symmetrier utan att det syns i fysiken, åtminstone vid de energier som de stora partikelacceleratorerna idag kan producera. Symmetrierna finns där och ser till att fysikens grundläggande lagar är uppfyllda, men i grundtillståndet syns inte ett spår av de begränsningar som symmetrin borde medföra. Detta innebär t ex att den elektromagnetiska kraften och den svaga kärnkraften inte tycks relaterade trots att den underliggande teorin säger detta. Detta är bara ett exempel på Nambus idéer som genomsyrar hela den moderna fysiken och har testats i en mångfald av experiment.

Också spegelsymmetrin är viktig för de grundläggande lagarna. Det var en stor sensation när Lee och Yang år 1956 påpekade att den inte behövde vara bevarad i de radioaktiva sönderfallen, något som snabbt bekräftades. Om man kombinerade spegelbilden med att också byta partikel mot antipartikel fann man att detta måste vara en symmetri för alla partikelreaktioner. År 1964 fann dock Cronin och Fitch mycket överraskande att även denna kombinerade symmetri kunde brytas, mycket svagt men ändå brytas, i vissa speciella processer. När man under senare delen av 1960- och under 1970-talet fann den modell som nu används för att beskriva elementarpartikelfysiken, delvis baserad på Nambus idéer, kunde den inte förklara detta svaga brott. Hur skulle man kunna utöka modellen utan att fördärva de resultat som redan visat sig stämma så väl med experimenten? Makoto Kobayashi och Toshihide Maskawa undersökte då år 1972 möjligheten att införa fler av de grundläggande materiepartiklarna, kvarkarna, och fann att om man har sex olika kvarkar kan teorin bryta mot symmetrin. Det var ett vågat antagande. Vår vardagsvärld tycks bara behöva två kvarkar. Det fanns vid tiden för deras arbete tre kvarkar som man funnit i experimenten. De föreslog tre till. Dessa kunde så småningom upptäckas, den sista år 1994. Under de sista tio åren har elementarpartikelfysikerna mätt Kobayashis och Maskawas teori med mycket stor noggrannhet och funnit att den stämmer. Naturen har sex kvarkar, åtminstone vid de energier som man hittills kunnat mäta. Detta leder också till en obalans mellan materia och antimateria, något som Andrei Sacharov tidigt påpekade. Tack vare denna obalans finns vi här i dag. Symmetribrottet tillåter en värld av materia.

小林先生、益川先生、

あなた方お二人、および南部先生は、 素粒子物理学理論に取って不可欠である対称
性の破れに関する画期的な業績によって２００８年度のノーベル物理学賞を受賞さ
れました。ここにスウェーデン王立科学アカデミーを代表して心からお喜び申し上
げます。それでは、国王陛下よりノーベル賞の授与がありますので、前にお進みく
ださい。

[Professor Kobayashi, Professor Maskawa.
Together with Professor Nambu you have been awarded the 2008 Nobel Prize in Physics for your seminal works on broken symmetries, which have been instrumental for the modern theories of elementary particles. 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.]