אחד המאמרים החשובים בפיסיקה ביובל האחרון נכתב על ידי פרופ' ישראלי

“פיסיקאל רוויו לטרס” (Physical Review Letters): מאמרו של פרופסור גיורא שביב מהטכניון – בין 20 המאמרים החשובים בפיסיקה ב-50 השנים האחרונות

כתב העת המדעי “פיסיקאל רוויו לטרס” (Physical Review Letters) בחר במאמר שכתב פרופסור גיורא שביב מהפקולטה לפיסיקה בטכניון בשנת 1968, כאחד מעשרים המאמרים החשובים בפיסיקה שפורסמו אצלו בחמישים השנים האחרונות. “פיסיקאל רוויו לטרס” הוא כתב העת החשוב ביותר בתחום הפיסיקה ופרופסור שביב הוא הישראלי היחידי המופיע ברשימה היוקרתית.

המאמר נכתב עם פרופ' ג'והן בהקל שהיה בקלטק באותה עת. פרופסור גיורא שביב היה אז בקורנל. Physical Review Letters בחר בעשרים המאמרים לציון 50 שנים להיווסדו. המאמר דן בניסיון הניטרינו של פרופסור ריי דויס. בשנת 1968 התקבלו התוצאות הראשונות מניסיון זה. הניטרינו הוא חלקיק זעיר המשתחרר בריאקציות הגרעיניות המתרחשות בליבת השמש והאחראיות לשחרור האנרגיה הגרעינית בליבת השמש. זוהי האנרגיה אשר השמש בסופו של דבר מקרינה לחלל ולכדור הארץ. הניטרינו הוא חלקיק בעל תכונות מיוחדות שהחשובה בהן היא יכולתו לחדור דרך השמש ולהגיע אל כדור הארץ. הרעיון היה, על כן, לבנות ניסוי אשר יצליח לגלות מספר חלקיקים כאלו ולאשר בניסוי ישיר שהשמש מייצרת אנרגיה על ידי ריאקציות גרעיניות. הניסוי עצמו נערך במכרה עמוק בדקוטה וכלל מיכל ענק של מאה אלף ליטר של נוזל שהניטרינו אמור היה להגיב עמו (בסך הכל בקושי ריאקציה אחת ביממה).

במקביל, ערך פרופסור שביב סדרה ארוכה של חישובים במטרה: (א) לנבא את תוצאות הניסוי בהתאם לידוע אז על מבנה השמש. (ב) להסיק מסקנות על ההרכב הפנימי כיום של השמש. (ג) להסיק מסקנות על ההרכב הראשוני של השמש. חישובים אלו היו הבסיס לניתוח הניסוי על ידי בהקל ושביב.

תוצאת הניסוי הייתה חסם עליון לשטף הניטרינים מהשמש, כלומר השטף היה נמוך בשיעור ניכר מהניבוי של שביב ובהקל שהיה מבוסס על ידיעותיהם אז על תכונות הניטרינו והפיסיקה של חלקיקים אלמנטאריים ועל ידיעותיהם על מבנה השמש וההתפתחות שלה מאז שנוצרה ועד היום.

הניתוח של התוצאות הניסיוניות על ידי בהקל ושביב הראה כי הכמות הראשונית של הליום בשמש תואמת את הניבוי של המפץ הגדול, מה שאישש את התיאוריה של מבנה כוכבים. הניתוח הראה גם כי בהיות התיאוריה של מבנה כוכבים מאוששת ברובה הגדול, ההסבר לתוצאת הניסוי חייב להיות בפיסיקה הלא ידועה של הניטרינו. המאמר של בהקל ושביב, אם כן, ניבא שיש לשנות את התיאוריה של הניטרינו. שביב ובהקל הצביעו במאמר על פרטים מסוימים במבנה השמש שלהם השפעה אפסית על שחרור האנרגיה של השמש אך להם השפעה ניכרת על שטף הנויטרינים והם (הפרטים) אינם ידועים בדיוק הנדרש.

תוצאת הניסוי עוררה סערה בעולם הפיסיקה והאסטרופיסיקה. למעלה מ-10,000 מאמרים נכתבו בנושא ובהם נבדקה כל פינה אפשרית של התיאוריה ובין השאר הועלו השערות שהשמש אולי אינה מפיקה את האנרגיה שלה בריאקציות גרעיניות – מה שנחשב כבר אז לברור מאליו. במקביל, נערכו מספר ניסויים חדשים בעלות כוללת של כ-250 מיליון דולר במטרה לגלות את הניטרינים מהשמש.

כעבור 35 שנה התברר שהניטרינו מחליף את זהותו בדרך מהשמש אל כדור הארץ. רק כאשר נערך ניסוי אשר היה מסוגל לגלות את הניטרינו בזהותו השנייה, נפתרה התעלומה כמעט סופית והתוצאה התיאורטית התאימה לניסוי.

חלק מהחוקרים (דויס והקבוצה היפנית) זכו בפרס נובל על שגילו את הניטרינו בזהותו הראשונית, אבל לא אלו שגילו את הניטרינו בזהותו השנייה – הקבוצה הקנדית.