בחודש דצמבר האחרון, בגיל 99, הלך לעולמו חתן פרס נובל לפיזיקה ג׳ק שטיינברגר. שטיינברגר זכה בפרס נובל בעבור גילוי חלקיק הנייטרינו של המיואון. למרות שעסק בפיזיקה נסיונית של חלקיקים אלמנטריים, נזקפות לזכותו של שטיינברגר גם תרומות חשובות לפיזיקה התאורטית. על חייו של המדען המבריק.

יש לי חיבה אישית מיוחדת לג׳ק שטיינברגר, אולי דווקא בגלל שהמפגש הראשון בינינו היה לא כל-כך נעים, גם אם משעשע-מה. לפני כעשרים שנה, כאשר הייתי פוסטדוק במעבדת מאיץ החלקיקים CERN בז׳נבה, עמדתי במסדרון ושוחחתי עם פיזיקאי נוסף. לפתע הגיח מולי איש זקן לבוש בג׳ינס ונועל נעלי התעמלות ונזף בי במבטא גרמני: "אתה חוסם את דרכי". פיניתי את הדרך לאיש וחייכתי במבוכה אל עבר עמיתי. הוא חייך חזרה ואמר לי: "אתה יודע מי זה היה? זה חתן פרס נובל, ג׳ק שטיינברגר". מאז אותה תקרית נפגשתי מספר פעמים עם שטיינברגר ומעולם לא שוחחנו על פיזיקה, אלא בעיקר על ישראל.

צילום: Sigismund von Dobschütz. רשיון cc3

שטיינברגר נולד למשפחה יהודית בגרמניה [1]. התחלה לא כל-כך טובה של סיפור שהיה יכול להיגמר רע מאוד - לולא היגרה המשפחה לארה"ב בגיל 13 עקב עליית הנאצים לשלטון. בארה״ב עשה שטיינברגר קריירה מהוללת בפיזיקה. את עבודת הדוקטורט שלו עשה בהנחייתם של אדוארד טלר ואנריקו פרמי, מהמדענים החשובים של המאה ה-20. בתחילה עסק שטיינברגר בפיזיקה תאורטית ובהמשך - הפך להיות פיזיקאי נסיונאי בתחום החלקיקים היסודיים - אך את תהילתו הוא קנה בזכות גילוי הנייטרינו של המיואון [2]. 

הנייטרינו הוא חלקיק הדומה מאוד בתכונותיו לאלקטרון מבחינת התנהגותו תחת השפעת הכוח החלש, אלא שהוא קל בהרבה מהאלקטרון והוא גם חסר מטען חשמלי. על חלקיקי הנייטרינו כתבנו בעבר מאמר מיוחד [3]. התגלית הניסיונית של שטיינברגר ועמיתיו הדגימה שקיימים מספר סוגים של חלקיקי נייטרינו השונים זה מזה. בעוד ש"הנייטרינו של האלקטרון" נוצר בהתפרקות בטא יחד עם האלקטרון, הרי שקיים נייטרינו אחר שנקרא "הנייטרינו של המיואון" שנוצר בתהליך הדומה להתפרקות בטא, ביחד עם חלקיק מיואון (המיואון דומה מאוד לאלקטרון אך כבד ממנו פי 207). בשל הגילוי החשוב הזה, שממחיש את קיומם של "דורות" שונים של חלקיקי נייטרינו, זכה ג׳ק שטיינברגר ביחד עם לאון לדרמן ומלווין שוורץ בפרס נובל לפיזיקה בשנת 1988.

אני רוצה להתרכז בתרומה אחרת של שטיינברגר לפיזיקה, אותה הוא ראה כחשובה יותר מאשר התגלית של הנייטרינו של המיואון.

בשנת 1949 חישב ג׳ק שטיינברגר את זמן הדעיכה של הפאיון הנייטרלי [4], חלקיק חסר מטען חשמלי שמתפרק בעיקר לשני פוטונים אחרי זמן קצרצר של עשר בחזקת מינוס 16 שניות. לפני שערך שטיינברגר את החישוב עמדו הפיזיקאים בפני מבוכה, מאחר שנראה היה שהפאיון לא אמור כלל להתפרק לשני פוטונים. הכלי החישובי שעמד לרשות הפיזיקאים באותה העת - תורת השדות, לא נבא את התפרקות הפאיון. 

שטיינברגר ערך חישוב מבריק: הוא החיל את רזי האלקטרודינמיקה הקוונטית של פיינמן על תורה אחרת הנקראת תורת יוקאווה. הוא הגה תהליך, אותו הוא תאר בעזרת דיאגרמת פיינמן שבו הפאיון נהפך לזמן קצרצר לזוג של פרוטון ואנטי פרוטון שמתפרקים לשני פוטונים.

בעזרת הרעיון הזה של שטיינברגר שבו הפאיון נהפך לזוג וירטואלי של פרוטון ואנטי-פרוטון למשך זמן קצרצר הוא הצליח לקבל אומדן טוב של זמן החיים של הפאיון.

החישוב המעניין של שטיינברגר הקדים את זמנו בעשרים שנה. לאחר עשרים שנה, בהם שטיינברגר עבר לעסוק בפיזיקה נסיונית של חלקיקים, ערכו שלושה פיזיקאים בשם אדלר, בל וג׳אקיב את החישוב שערך שטיינברגר בצורה ריגורוזית יותר ונכונה יותר וקיבלו תוצאה חשובה המכונה "אנומליה כיראלית", שהיא נדבך חשוב ויסודי במודל הסטנדרטי של החלקיקים האלמנטריים.

שטיינברגר היה גאה מאוד, ובצדק, בחישוב אותו הוא ערך. בעולם הפיזיקה הוא ייזכר כאחד הפיזיקאים האחרונים שתרמו תרומות חשובות הן לתאוריה והן לנסיון. יהי זכרו ברוך.

מקורות וקריאה נוספת:

[1] על ג׳ק שטיינברגר באתר פרס נובל

https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1988/steinberger/biographical/

[2]

https://indico.cern.ch/event/402462/attachments/806290/1104933/JournalClub.pdf

[3]

על הנייטרינו

https://lbscience.org/2019/03/20/לכבוד-%D7%B4פורים%D7%B4-הידעת-נייטרינו-יכולים-ל/

[4]

על חלקיק הפאיון

https://en.wikipedia.org/wiki/Pion

ֿ