Масатоси Косиба: Человек, который услышал смерть звезды

Резервуар со сверхчистой водой, зарытый глубоко в японской шахте и построенный для наблюдения за распадом протонов, уловил нечто совершенно иное: горстку призрачных частиц, прибывших от взрывающейся звезды в Большом Магеллановом Облаке. В тот момент в 1987 году астрономия обрела второе чувство. Впервые космическое событие наблюдалось не с помощью света, и родилась нейтринная астрономия. Физик, который настаивал на том, чтобы детектор был построен именно так, в студенческие годы был почти в самом конце своего класса.

Ранние годы

Косиба родился 19 сентября 1926 года в Тоёхаси в семье военного офицера Тосио и Хаяко Косиба. Его мать умерла, когда ему было три года, и отец женился на ее старшей сестре. Он вырос в Йокосуке и учился в средней школе в Токио. Его первой страстью была немецкая литература, а не физика; он сменил направление, по его собственным словам, в ответ на обескураживающие замечания учителя — акт злобы, который перенаправил карьеру. В Первой высшей школе он испытывал такие академические трудности, что ему требовались дополнительные занятия с его соседом по комнате Кодзо Кутицу.

Обучение

Он окончил Токийский университет в 1951 году и отправился в Соединенные Штаты в качестве стипендиата Фулбрайта, получив докторскую степень по физике в Рочестерском университете в 1955 году. С 1955 по 1958 год он работал научным сотрудником в Чикагском университете, а с 1959 по 1962 год был исполняющим обязанности директора Чикагской лаборатории физики высоких энергий и космического излучения. Его наставником в Японии был Синъитиро Томонага, сам лауреат Нобелевской премии, который также выступил сватом для женитьбы Косибы. В конце 1950-х годов он женился на Кёко Като, кураторе художественного музея; у них были сын и дочь.

Он вернулся в Токийский университет в качестве доцента Института ядерных исследований в 1958 году, получил полную профессорскую должность в 1970 году и стал почетным профессором в 1987 году. Затем он преподавал в Университете Токай с 1987 по 1997 год, а позже работал старшим советником Международного центра физики элементарных частиц.

Камиоканде

Детектор, который Косиба спроектировал вместе с Масаюки Накахатой и Ацуто Судзуки, предназначался для ответа на другой вопрос: распадаются ли протоны, как предсказывали некоторые теории великого объединения. Камиоканде так и не увидел распада протона. Но, будучи адаптированным, он смог регистрировать нейтрино — частицы, которые взаимодействуют настолько слабо, что триллионы из них ежесекундно проходят сквозь человеческое тело без какого-либо эффекта, и поэтому требуют тысяч тонн экранированной воды и армии фотоэлектронных умножителей, чтобы поймать хотя бы несколько из них.

Он подтвердил, что нейтрино генерируются в результате ядерного синтеза на Солнце, что стало прямым наблюдением процесса, питающего звезду. Он также насчитал их меньше, чем требовала солнечная теория. Этот дефицит — проблема солнечных нейтрино — стал одной из самых острых аномалий в физике: либо модель Солнца была неверна, либо с нейтрино что-то происходило по пути.

Сверхновая 1987A

Затем, в 1987 году, в Большом Магеллановом Облаке взорвалась звезда, и Камиоканде зарегистрировал ее нейтрино. Значение этого события трудно переоценить. Каждое предыдущее наблюдение Вселенной проводилось с помощью электромагнитного излучения. Здесь же была зафиксирована насильственная смерть звезды частицами, которые вырвались из самого коллапсирующего ядра, неся информацию, которую не мог доставить ни один фотон. Нейтринная астрономия началась с этого обнаружения.

Супер-Камиоканде

Более крупный преемник, Супер-Камиоканде, был запущен в 1996 году и решил вопрос о солнечных нейтрино. Он продемонстрировал нейтринные осцилляции — то, что нейтрино меняются между своими тремя типами во время полета. Солнце производило ровно столько, сколько предсказывала теория; предыдущие детекторы были просто слепы к тем разновидностям, в которые они превращались по пути. Поскольку осциллировать могут только частицы, обладающие массой, этот результат опроверг устоявшееся предположение о том, что нейтрино безмассово, и заставил пересмотреть Стандартную модель.

Признание

Награды следовали одна за другой: орден «За заслуги перед Федеративной Республикой Германия» в 1985 году, премии Асахи и Нисина в 1987 году, премия Японской академии в 1989 году, премия Гумбольдта и японский орден Культуры в 1997 году, премия Вольфа по физике в 2000 году. В 2002 году он разделил Нобелевскую премию по физике с Рэймондом Дэвисом-младшим и Риккардо Джаккони «за новаторский вклад в астрофизику, в частности за обнаружение космических нейтрино», а также получил премию Панофского в том же году и медаль Бенджамина Франклина в 2003 году. На следующий день после объявления о присуждении ему Нобелевской премии химик Коити Танака получил премию по химии — это был самый короткий промежуток времени между присуждением Нобелевских премий японским лауреатам.

В 2002 году он стал почетным гражданином Сугинами, а в 2003 году — Токио, был избран членом Американского физического общества и в 2003 году получил Большую ленту ордена Восходящего солнца. Зал Косибы был открыт в Токийском университете в 2005 году, а премия Косибы была учреждена в 2003 году.

Последние годы

Уверенность Косибы в своих студентах была известной и конкретной. «Среди учеников, которые унаследовали мою работу, двое достойны получения Нобелевской премии», — говорил он, имея в виду Ёдзи Тоцуку и Такааки Кадзиту. Кадзита получил премию по физике в 2015 году за работу по осцилляциям; Тоцука не дожил до получения премии, и в 2010 году Косиба учредил премию его имени. На пенсии он слушал Моцарта и с нескрываемым энтузиазмом играл в видеоигры, называя себя старейшим геймером в мире и называя Final Fantasy своей любимой игрой. Он скончался в больнице Эдогава в Токио 12 ноября 2020 года в возрасте девяноста четырех лет.

Почему Косиба важен

Он превратил эксперимент, который провалился в достижении своей заявленной цели, в совершенно новый способ наблюдения за Вселенной. Камиоканде и его преемник превратили нейтрино из теоретической помехи в астрономический инструмент, дали физикам первое твердое доказательство того, что нейтрино имеют массу, и нанесли трещину в Стандартной модели, которая до сих пор не была исправлена. Студент немецкой литературы, которому помогал с учебой сосед по комнате, в итоге научил мир наблюдать за звездами с помощью чего-то другого, кроме света.