פרופ’ ג’יימס ביורקן, חוקר הכוח החלש והאסטרופיזיקאי פרופ’ רוברט קירשנר זכו בפרס וולף לפיזיקה

לדברי חבר השופטים, פרס וולף בפיזיקה מוענק השנה לשני חוקרים אשר תרמו תרומות יסודיות להבנת מבנה היקום בסקלות הקטנות והגדולות ביותר

פרס וולף בפיזיקה מוענק השנה לשני חוקרים אשר תרמו תרומות יסודיות להבנת מבנה היקום בסקלות הקטנות והגדולות ביותר: ג’יימס ביורקן מאוניברסיטת סטנפורד, ארה”ב על ניבוי תופעת ה-scaling בפיזור אי-אלסטי עמוק, אשר הביא לזיהוי מרכיבים נקודתיים בתוך הפרוטון ורוברט קירשנר מאוניברסיטת הרווארד, ארה”ב – על פריצת הדרך אל חקר היקום בעזרת כוכבי סופרנובה, על בסיס התצפיות והתובנות שלו.

התגלית שהובילה לגילוי הקווארקים

להלן נימוקי ועדת הפרס באשר לבחירה בביורקן: “הכוח החזק מאפשר את קיומם של הפרוטונים והנויטרונים והוא זה שמחזיק אותם יחד בתוך גרעיני האטומים. הוא גם האחראי ליותר מ-99% מן המסה של האטומים. ביורקן תרם תרומה מכרעת להבנת טבעו של הכוח החזק. ב-1967 ביורקן ניבא שאלקטרונים שיואצו לאנרגיה גבוהה בתוך מאיץ ולאחר מכן יתנגשו בחוזקה בפרוטונים יתנהגו כאילו הם באו במגע עם חלקיקים טעונים ונקודתיים הנעים בתוך הפרוטון באופן חופשי כמעט. תופעה זו כונתה scaling.”

“בשעתו היה זה רעיון רדיקלי אשר נגד ניגוד גמור את האינטואיציה המקובלת דאז. אף על פי כן, ניסויים אשר נערכו ב-1968/69 במאיץ הקווי בסטנפורד שבקליפורניה סיפקו אישור דרמטי לניבוי של ביורקן. לראשי הניסויים, ג’רומי פרידמן, ריצ’ארד קנדל וריצ’ארד טיילור הוענק פרס נובל לפיזיקה לשנת 1990, עבור ההוכחה ניסיונית לקיומם של הקווארקים, המהווים את המרכיבים הנקודתיים של הפרוטון.”

“בעקבות האישור הניסיוני של scaling החלו התיאורטיקאים לתור אחרי תורה קוונטית יסודית אשר מסבירה את התופעה. ב-1973 גילו דייויד גרוס, פרנק ווילצ’ק ודיוויד פוליצר שתורה המכונה כרומו-דינמיקה קוונטית (Quantum Chromodynamics – QCD) היא בעלת התכונה הנדרשת, כלומר היא מנבאת שהכוח בין הקוורקים הולך וקטן כשהם מתקרבים זה אל זה, כך שבמרחקים קצרים הם מתנהגים כאילו היו חופשיים. תכונה זו מכונה “חופש אסימפטוטי” (asymptotic freedom). ב-2004 הוענק לגרוס, ווילצ’ק ופוליצר פרס נובל לפיזיקה על תגליתם. ניסויים מקיפים אישרו ש-QCD היא אכן התורה היסודית המתארת את הכוח החזק.”

“ההשקפה המקובלת היום היא שכל הכוחות היסודיים בטבע, אולי למעט כוח הכובד, מתוארים על-ידי תורות שהמבנה המתמטי שלהם דומה ל-QCD. תורות אלה מכונות תורות כיול לא-אבליות. במובן זה, במבט לאחור ה-scaling של ביורקן לא רק הביא לגילוי הניסיוני של הקוורקים, אלא אף הצביע על הדרך לעבר המבנה המתמטי המתאר את כל הכוחות היסודיים.”

סופרנובות ככלי למדידת התפשטות היקום

“רוברט קירשנר הקדיש את חייו המקצועיים למחקר בחוד החנית של הקוסמולוגיה וחקר כוכבי הסופרנובה. הוא יצר את הקבוצה, את התשתית המדעית ואת כיווני המחקר אשר אפשרו לתלמידי המחקר ועמיתי בתר הדוקטורט שלו לגלות את ההאצה בקצב התפשטות היקום. תגלית זו היא אבן דרך יסודית בפיזיקה ובאסטרונומיה והיא מציבה אתגר עילאי בפני התיאורטיקאים.”

“בשנת 1974, יחד עם ג’ון קוואן המציא קירשנר שיטה למדידת קצב התפשטות היקום המבוססת על תצפיות של כוכבי הסופרנובה. היה צורך להתגבר על מחסומים רבים וקשים, במיוחד שינוי צבע הכוכבים לכיוון האדום כתוצאה מהשפעת האבק הבין-גלקטי, לפני שניתן היה להשתמש בכוכבי הסופרנובה למדידת מרחקים קוסמולוגיים בדיוק מספיק על-מנת להבחין בשינוי קצב התפשטות היקום. בשנות ה-80 מחקרו של פרופ’ קירשנר לניטור התפוצצויות כוכבי הסופרנובה בעזרת אורכי גל שונים היה המחקר הנרחב ביותר בעולם מסוגו והביא לכך שהקהילה המדעית הכירה בכוכבי הסופרנובה מסוג Ia ככלי אופטימלי לחקר היקום במרחקים גדולים. היה זה צעד חיוני לקראת השלב הבא – הגילוי של התגברות קצב התפשטות היקום.”

“קירשנר עמד גם בראש תוכנית מחקר בה נעשה שימוש בטלסקופ החלל האבל למדידת הספקטרום של כוכבי הסופרנובה מסוג Ia בתחום האולטרה-סגול. התוצאות איפשרו לבצע כיול מדויק של השפעת ההזזה לאדום על האור של כוכבי סופרנובה במרחקים שונים. כל קבוצות המחקר העוסקות בכוכבי הסופרנובה משתמשות כעת בנתונים חיוניים אלה.”

“קירשנר הנחה את הקמת צוות המחקר HIGH Z SUPERNOVA TEAM, אחת משתי קבוצות המחקר להן מיוחסת התגלית של האצת התפשטות היקום. הוא אסף סביבו קבוצה של תלמידי מחקר מהשורה הראשונה, כמו בריאן שמיט ואדם רייס, והוביל אותם לקראת שיטות מחקר מעשיות ויעילות למעקב אחרי כוכבי סופרנובה מסוג Ia, באופן שיאפשר גילוי אמין של התוצאה שכולם ציפו לה אז, דהיינו האטת התפשטות היקום. חשובה במיוחד הייתה התעקשותו של קירשנר שהנתונים ייאספו ביותר מצבע אחד, על-מנת לאפשר הפרדה בין אפקטים של אבק ובין תנועה קוסמית בניתוח הנתונים על העוצמה וצבע האור. “