Nobelpris för brutna symmetrier
Där ser man! Det tänkbara pris som jag mer eller mindre räknade bort blev det som Nobelkommittén bestämde sig för. Årets Nobelpris i fysik delas mellan Yoichiru Nambu ("for the discovery of the mechanism of spontaneous broken symmetry in subatomic physics") samt Makoto Kobayashi och Toshihide Maskawa ("for the discovery of the origin of the broken symmetry which predicts the existence of at least three families of quarks in nature"). Kobayashi och Maskawa är ‘K’ respektive ‘M’ i "CKM-matrisen" som jag nämnde i min förra blogpost.
Symmetrier och hur dessa bryts spelar en mycket stor roll i stora delar av fysiken, inte minst i teorin för elementarpartiklarna. Nambu belönas, enkelt uttryckt, för idén att naturen kan ha en gömd ordning: att naturen kan ha fundamentala symmetrier som bryts (upphör att gälla) på de längd- och energiskalor vi kan observera. Genom att förstå dessa symmetribrott får vi en förklaring till varför naturen ser ut som den gör, och varför den har de beståndsdelar den har.
En speciell, och mycket viktig, bruten symmetri är den så kallade CP-symmetrin. CP står för "charge-parity", och symmetrin innebär att fysiken är oförändrad om man byter alla partiklar mot deras antipartiklar, och dessutom vänder på rummet. Eller rättare sagt, fysiken skulle vara oförändrad om inte CP-symmetrin vore sponant bruten. Det är teorin för hur denna symmetri bryts som är Kobayashis och Maskawas stora bidrag till den teoretiska partikelfysiken.
Ett mycket aktuellt exempel på spontant symmetribrott är den s.k. Higgsmekanismen, den teori som förutsäger existensen av Higgspartikeln, som de experimentella partikelfysikerna (och för all del även teoretikerna, så klart) hoppas att nyligen startade LHC ska finna. Somliga teoretiker drömmer dessutom om att LHC ska finna indikationer på supersymmetri (något jag för egen del håller för högst osannolikt), vilket är en annan fundamental symmetri som, om den alls existerar, är rejält bruten på de energiskalor vi kan observera idag.
Uppdatering: Dagstidningarna har bra och informativa artiklar om årets Nobelpris: DN | SvD | Sydsvenskan
Det blev ju rätt i år, med viss tvekan…
Själv känner jag lite skräck över att behöva beskriva den här teorin på lagerbladet…
Comment by mjn — October 7, 2008 @ 12:22 pm
Med viss tvekan, var ordet, men jo visst, någon egentlig överraskning var det väl inte. Ingen tvekan om att det är ett välförtjänt pris; jag hade bara en känsla av att Nobelkommittén kanske skulle sopa det under mattan eftersom forskningen är så pass gammal och den experimentella upptäckten belönades för länge sedan. Trots allt finns det en medvetenhet hos Nobelfolket om att det inte i längden är hållbart att ge pris till 30, 40 år gammal forskning.
Jag avundas dig inte uppgiften att försöka göra detta begripligt på Lagerbladet. Samtidigt är det ju rätt kul fysik, och den är rätt väl beskriven på Wikipedia. Jag skulle nog fuska och beskriva de experimentella konsekvenserna, snarare än teorin i sig. (Att det sedan innebär att man i princip beskriver 1980 års pris snarare än 2008 års får man kanske leva med — trots allt är det populärvetenskapligt förmodligen betydligt intressantare med experiment som inte blir lika när man vänder på dem än Cabbibo-vinklar och blandningsmatriser.) Att förklara vad Kobayashi-Maskawa-blandning innebär i själva teorin kräver nog en längre utläggning än vad som är läsvänligt i bloggformat. Kanske skulle jag göra samma vinkling som dagspressen och nämna något om relevansen för det fortfarande öppna problemet om varför det egentligen finns så mycket materia och så lite antimateria.
Comment by Dr M — October 7, 2008 @ 12:40 pm
Grattis till att lyckas bli blogglängkad från DN!
Comment by Nislas — October 7, 2008 @ 12:52 pm
Haha! Tackar, Dr Nislas! Så svårt är det inte om man pingar sin blogg via nyligen.se, twingly och sådant.
För övrigt borde väl du, trots att du lämnat akademin nu, vara mer lämpad än både jag och mjn att kommentera detta pris, doktor i teoretisk partikelfysik som du är?
Comment by Dr M — October 7, 2008 @ 12:55 pm
Jag håller med! Nislas-has promoverade ju till och med om en spontan bruten symmetri…
Comment by Stefan — October 7, 2008 @ 2:44 pm
Hittade denna blogg via länk från SvD. I Italien tycker de att Cabibbo berövats sin del av priset. De undrar varför bara K och M i CKM-matrisen blev belönade och inte C. Vad tycker du om saken?
(Jag vet själv inget om fysik.)
Comment by Ullah — October 8, 2008 @ 3:27 pm
Ullah: Välkommen hit!
Att Cabibbo inte fick en del av priset har blivit lite av en snackis i fysikbloggosfären. (Se t.ex. Cosmic Variance, Shores of the Dirac Sea, In the Dark och Back Reaction.) Om detta kan en hel del sägas, för det hela är minst sagt snårigt. För att ge min syn på saken (som sammanfattningsvis är att jag förstår varför Cabibbo inte fick priset, men att jag tycker att han hade förtjänat det, och till yttermera visso att han och övriga av årets pristagare borde ha fått det för länge sedan) kommer här en lång förberedande utläggning, och sedan ett försök till slutsats.
Till att börja med är det ju i princip två relaterade resultat som belönas i år: det ena är själva idén om spontant symmetribrott i elementarpartikelfysik. Det är för detta som Nambu får priset (men inte Goldstone, som också var en av idéns pionjärer). Den andra halvan av årets pris delas ut för teorin för det specifika exempel på spontant symmetribrott som kallas CP-brott. Denna teori formulerades av Kobayashi och Maskawa. Deras arbete är en direkt utvidgning av en teori som Cabibbo tidigare formulerat. Nu har vi alltså fyra namn — Nambu, Cabibbo, Kobayashi och Maskawa — men som du kanske känner till är Nobelstadgan benhård på att ett pris får delas av maximalt tre personer. En måste bort. Det kan inte bli Nambu (eftersom han står för det ena av de två resultat som belönas). Av de tre återstående är det Kobayashi och Maskawa som formulerat den förklaring av CP-brott som belönas, medan Cabibbos betydelse är att ha lagt grunden för japanernas arbete. Alla tre kan inte få priset, och då är naturligvis de två som direkt stod för den upptäckt som belönas som blir kvar, alltså Kobayashi och Maskawa, medan Cabibbo blir sittande med Svarte Petter.
En rätt viktig distinktion som nästan alla kommentatorer (bland andra jag själv) slarvat med är att det är förklaringen av CP-brott som belönas, inte kvarksmakblandning (den teori som Cabibbo skapade, och som Kobayashi och Maskawa utvidgade). Dessa två begrepp är så intimt förknippade med varandra att det är hårklyveri att skilja på dem, men poängen är att det utvidgandet och utnyttjandet av kvarksmakblandning för att förklara CP-brott som belönas, inte kvarksmakblandningen i sig. Distinktionen blir viktig i sammanhanget bara därför att det förklarar varför det faktiskt finns någon form av rimlighet i att se det som Kobayashis och Maskawas resultat i första hand.
Alltså: såsom man har valt att 1. belöna två olika, men intimt relaterade, resultat, och 2. valt att belöna just “förklaringen av CP-brott”, är valet av pristagare det rimligast möjliga under givna regler.
Detta sagt kommer vi till mina personliga reflektioner. Egentligen anser jag att man borde ha belönat hela kvarksmakblandningen (CKM-matrisen) med ett enda pris, som då också omfattar förklaringen av CP-brott, och detta anser jag att man borde ha gjort för flera år sedan. Cabibbo, Kobayashi och Maskawa hade då varit självklara mottagare av en tredjedel var av priset. Det hade också varit helt rimligt att något annat år dela ut ett pris för idén om spontana symmetribrott i partikelfysik, med Nambu och Goldstone som pristagare.
Därmed är vi framme vid problemet med att dela ut priset först nu. Nobelkommittén har fått ta emot ganska mycket kritik för att upptäckter som belönas ofta är på tok för gamla — de resultat som belönas i år är äldre än jag, med god marginal — och haft en viss slagsida åt elementarpartikelfysik från 60- och 70-talen. Jag misstänker att man därför bakade in så mycket man kunde i årets pris, för att så här i elfte timmen belöna gamla upptäckter som varit mogna för pris ett bra tag. (Som du kan se i min spekulationspost angående årets pris var jag halvt beredd att tro att man skulle svälja förtreten över att inte ha belönat CKM-teorin och låta den gå till historien som en av de upptäckter som borde ha belönats men aldrig fick priset.)
Som jag ser det hade man (om man bestämt sig för att få allt avklarat med ett pris) två alternativ: 1. Göra som man gjorde, och lämna Cabibbo utanför, eller 2. Skippa den första delen av årets pris och ge priset till Cabibbo, Kobayashi och Maskawa för CKM-matrisen, med följden att Nambu inte fått priset nu. Jag, som sitter i den gynnsamma positionen att post facto kunna säga vad jag vill utan att behöva ta ansvar för det, lutar alltmer åt att det senare alternativet hade varit bättre. Det hade inte på samma uppenbara sätt uteslutit en som borde varit med. Dessutom hade det varit möjligt (om man nu ansett sig ha en “lucka” något år) att ge ett pris för symmetribrott generellt, t.ex. till Nambu och Goldstone, och kanske någon lämplig pristagare från kondenserade materiens teori, där mycket av grunden för symmtribrott kommer ifrån.
Slutsatsen är alltså att det är ett bra och synnerligen vätlförtjänt pris som delats ut till tre mycket värdiga pristagare (och jag hoppas att diskussionen om Cabibbo inte överskuggar själva fysiken), och det finns trots allt en rimlighet i hur man valt pristagarna (det handlar inte om någon slumpmässighet, förfördelning eller till och med diskriminering som en del vill ha det till). Men med en utomståendes perspektiv och efterklokhetens överlägsna skärpa säger jag att ett pris för CKM-matrisen/kvarksmakblandning hade varit ett bättre alternativ, just för att vi då aldrig hade haft den här diskussionen.
Det jag hoppas mest av allt på är att vi nu kan lämna 60- och 70-talsforskningen bakom oss när det störst gapande hålet blivit igentäppt. Det kommer alltid att finnas upptäckter och teoribildningar som inte får Nobelpriset och som årtionden senare visar sig skulle ha förtjänat det. Det är helt enkelt inte hållbart att försöka åtgärda varje “missat pris”.
Hoppas att det kan ge dig en liten uppfattning både om hur hela situationen ser ut, och vad jag personligen tycker om saken.
Comment by Dr M — October 8, 2008 @ 4:24 pm
Tack för denna utförliga förklaring! Jätteintressant och tydligt förklarat för en humanist som undertecknad.
Comment by Ullah — October 8, 2008 @ 7:48 pm