Presentationstal av professor Olga Botner, ledamot av Kungliga Vetenskapsakademien, ledamot av Nobelkommittén för fysik, 10 december 2015

Eders Majestäter. Eders Kungliga Högheter. Ärade Pristagare. Mina Damer och Herrar.

Årets Nobelpris i fysik handlar om neutriner, universums kanske märkligaste partiklar. Likt spöken tränger de genom de tjockaste väggar – ja, till och med rakt genom hela jordklotet. De väger nästan ingenting alls – vi trodde faktiskt länge att de var masslösa – de har ingen elektrisk laddning och far fram nästan lika snabbt som ljuset. Att studera neutriner är verkligen en utmaning!

Årets Nobelpristagare, Takaaki Kajita och Arthur B. McDonald, ledde två stora forskargrupper som upptäckte att dessa märkliga partiklar är ännu märkligare än vad vi länge vetat. De beter sig som kameleonter: under sin framfart växlar de hela tiden mellan olika identiteter.

Neutriner finns överallt. De bildas ständigt – i solens inre, när det “kosmiska regnet” från rymden träffar atmosfären, genom sönderfall av atomkärnor i jordskorpan – ja, till och med i våra muskler. Varje sekund passerar många miljarder av neutriner genom våra kroppar, utan att synas och utan att märkas. Dessa gäckande partiklar växelverkar sällan och är nästan omöjliga att fånga. Deras spöklika natur ter sig dock väldigt användbar: medan solljuset som alstras i solens centrum aldrig når jorden, passerar neutrinostrålningen från fusionsprocesserna i solens inre ut obehindrat. En mätning av antalet neutriner från solen är därför ett sätt att mäta temperaturen i dess inre. Det första experimentet som syftade till att registrera solneutrinostrålningen startade för femtio år sedan och följdes av många flera. Snart visade det sig, till allas förvåning, att det saknades upp till två tredjedelar av det antal neutriner man förväntade sig. Neutrinerna verkade försvinna undervägs!

En teori, bland många som försökte förklara detta märkliga fenomen, var att neutrinon under sin färd kunde byta identitet, förvandlas till en annan neutrinotyp som inte syntes i detektorn. Det finns nämligen tre typer av neutriner, där solen endast alstrar en – och experimenten var anpassade för att upptäcka endast denna.

Men kan en partikel verkligen byta identitet? Gåtan löstes med hjälp av två enorma, underjordiska detektorer.

Super-Kamiokande detektorn i en zinkgruva i Japan, tusen meter under markytan rymde 50 tusen ton vatten, mer än vad som ryms i Stockholms alla badkar! Detektorn registrerade de neutriner som bildas när den kosmiska strålningen krockar med jordens atmosfär. Till sin stora förvåning upptäckte forskarna att mycket färre neutriner nådde detektoren nerifrån, alltså från andra sidan jordklotet, än från atmosfären ovanför. Även den typ av neutriner som bildas i atmosfären verkade försvinna undervägs!

Neutriner passerar jorden obehindrat. Kajita-san och hans team insåg då att det stora avståndet mellan produktionspunkten på andra sidan jorden och detektoren gav neutrinerna extra tid så de hann byta identitet. Detta resultat presenterades kring millenieskiftet.

Ungefär samtidigt, på andra sidan jordklotet, byggdes en väldig detektor för observation av de neutriner som alstras i solens inre. I motsats till tidigare detektorer kunde Sudbury Neutrino Observatory i Kanada, två kilometer under markytan, effektivt registrera alla tre sorters neutriner. McDonald och hans forskarteam kunde då visa att den totala mängden neutriner från solen som nådde jorden stämde väl med förväntningarna – men att den sortens neutriner som alstras i solens inre var för få. De verkade dock inte ha försvunnit utan måste ha förvandlats till en annan neutrinotyp och bytt identitet!

Resultaten från de båda experimenten har en gemensam förklaring: kvantteorin beskriver partiklar som färdas genom rummet som vågor. Om de tre olika neutrinotyperna har olika massor beskrivs de av vågor med olika frekvens. Det är samspelet mellan dessa vågor medan de utbredar sig genom rummet som ligger bakom neutrinernas förvandlingskonster. Fenomenet kallas neutrinooscillationer och kan bara äga rum om neutrinerna har massa.

Det finns ofantligt många neutriner i universum. Upptäckten att neutriner inte är masslösa, vilket vi länge trodde, är därför av avgörande betydelse för vår förståelse av universums uppbyggnad – och har långtgående konsekvenser även för kosmologin.

Professor McDonald, Professor Kajita,
You have been awarded the Nobel Prize in Physics for the discovery of neutrino oscillations, which shows that neutrinos have mass. On behalf of the Royal Swedish Academy of Sciences it is my honour and great pleasure to convey to you the warmest congratulations. I now ask you to step forward to receive your Nobel Prizes from the hands of His Majesty the King.