Jameel Sadik „Jim” Al-Khalili (; ur. 20 września 1962 w Bagdadzie) – brytyjski fizyk teoretyczny pochodzenia irackiego i popularyzator nauki, emerytowany profesor Uniwersytetu Surrey.

W pracy naukowej zajmował się teorią reakcji jądrowych, w szczególności – lekkimi jądrami egzotycznymi o nietypowo dużym zasięgu materii. Wspólnie z Jeffreyem Tostevinem opracował kilkuciałowe ujęcie teorii Glaubera – przybliżenia opisującego zderzenia jąder przy wysokich energiach – które pozwoliło zwiększyć wcześniej wyznaczane wartości promieni takich jąder. Metodę tę literatura przeglądowa wiąże z ich nazwiskami. Później zajmował się m.in. , – czyli takimi, które oddziałują z otoczeniem – strzałką czasu oraz historią nauki.

Szerszej publiczności jest znany jako autor kilkunastu książek, głównie popularnonaukowych, prowadzący cykliczną audycję w BBC Radio 4 oraz gospodarz ponad dwudziestu serii i filmów dokumentalnych, głównie dla BBC. Pięć jego książek ukazało się po polsku; napisał także powieść i monografię akademicką. W latach 2013–2016 był prezesem British Humanist Association. Został odznaczony Orderem Imperium Brytyjskiego – klasy oficerskiej w 2008 i komandorskiej w 2021 – oraz wybrany członkiem Royal Society w 2018.

Życiorys

Dzieciństwo w Iraku Urodził się w Bagdadzie jako najstarsze z czworga dzieci Irakijczyka i Angielki. Ojciec, inżynier wywodzący się z szyickiego rodu z Nadżafu, poznał przyszłą żonę podczas studiów w Portsmouth Polytechnic. Matka, z zawodu bibliotekarka, pochodziła z Portsmouth, gdzie jej rodzina należała do najstarszych w mieście. Imię Jameel skrócili mu na „Jim” koledzy, z którymi grał w piłkę. Ze względu na pracę ojca w irackich siłach powietrznych rodzina przenosiła się z Bagdadu do Kirkuku i Mosulu. Ojciec został ostatecznie usunięty z wojska na mocy przepisu zakazującego służby osobom pozostającym w związku małżeńskim z cudzoziemką.

W domu mówiono po angielsku i stale grało radio BBC World Service, natomiast po arabsku Al-Khalili mówił w szkole i wśród rówieśników. Całą naukę przed poziomem A-level – brytyjskich egzaminów kończących szkołę średnią – łącznie z matematyką odbył w języku arabskim. Dzieciństwo w ówczesnym świeckim Iraku wspomina jako szczęśliwe, mimo dyktatury. Do partii Baas wstąpił nie z pobudek politycznych, lecz dlatego, że szkolny samorząd uczniowski był z nią powiązany i członkostwo w samorządzie oznaczało członkostwo w partii.

W 1979, w związku z objęciem władzy przez Saddama Husajna, rodzina wyjechała do Wielkiej Brytanii. Wyjazd przygotowano potajemnie i upozorowano na kolejne wakacje u dziadków – kupiono bilety powrotne, a ojciec nie uprzedził nawet własnej matki, że nie wracają. Bezpośrednim powodem był pobór – Al-Khaliliego i jego brata czekała służba wojskowa, a rok później wojna z Iranem. Po latach mówił, że gdyby wyjazd opóźnił się o kilka miesięcy, prawdopodobnie by nie żył. Po śmierci wielu szkolnych kolegów mówił o „poczuciu winy ocalałego”.

Wykształcenie Rodzina osiedliła się w Portsmouth, rodzinnym mieście matki. Al-Khalili miał wówczas prawie 17 lat i rozpoczął przygotowania do egzaminów A-level w – placówce, która kilka lat wcześniej stała się koedukacyjna. Był jednym z trzech chłopców w roczniku liczącym około 120 dziewcząt i został wybrany na ucznia reprezentującego szkołę (), ponieważ pozostali dwaj nie chcieli tej funkcji. Fizyką zainteresował się w wieku około 13–14 lat: pociągało go to, że polega ona na rozwiązywaniu zagadek i odwołuje się do zdrowego rozsądku, podczas gdy chemia i biologia wymagały – jak mówił – zapamiętywania, w czym był słaby. W laudacji towarzyszącej doktoratowi honorowemu Uniwersytetu w Newcastle przywołano jego wspomnienie, że przełomem był test z fizyki, na którym uzyskał lepszy wynik niż reszta klasy, i wniosek, jaki z niego wyciągnął: że nauka nie jest zasobem faktów, lecz zdyscyplinowanym sposobem rozwiązywania problemów. Egzaminy zdał dopiero za drugim podejściem: nie zdał chemii, wybranej za czyjąś namową zamiast informatyki, a matematykę musiał poprawiać, ponieważ spóźnił się na egzamin i spanikował.

Studia fizyczne odbył na Uniwersytecie Surrey, uzyskując dyplom z wyróżnieniem w 1986. Jak wspominał, gdy w połowie lat 80. rozważał karierę fizyka, zainspirowała go popularnonaukowa książka Euana Squiresa To Acknowledge the Wonder, poświęcona ówczesnym ideom fizyki fundamentalnej. Do jego wykładowców należała m.in. , kierująca wówczas katedrą fizyki. W trakcie studiów przez kilka sezonów pracował jako porządkowy na stadionie Fratton Park. Po dyplomie miał już zapewnioną posadę w w Teddington, ale przekonano go, by został na studiach doktoranckich. Jak wspominał, namówiła go do tego przyszła żona Julie, gdy przed ślubem uważał, że powinien raczej zacząć zarabiać na życie.

Doktorat z teoretycznej fizyki jądrowej obronił na Uniwersytecie Surrey w grudniu 1989. Rozprawa nosiła tytuł Intermediate Energy Deuteron Elastic Scattering from Nuclei in a Three-Body Model (pol. „Sprężyste rozpraszanie deuteronów o pośrednich energiach na jądrach w modelu trójciałowym”), a jej promotorem był Ronald C. Johnson. Praca dotyczyła znaczenia siły tensorowej w rozpraszaniu spolaryzowanych deuteronów przy energiach pośrednich. W 1988 opublikował na ten temat pracę wspólnie z Jeffreyem Tostevinem, Johnsonem i M. Kawaiem. Autorzy wykazali w niej, że zależny od pędu człon tensorowy oddziaływania, wynikający z zakazu Pauliego, nie tłumaczy utrzymujących się rozbieżności między teorią a pomiarami sprężystego rozpraszania deuteronów o energii 400 MeV na jądrach niklu.

Kariera akademicka W latach 1989–1991 był stypendystą podoktorskim rządowej rady badawczej Science and Engineering Research Council w University College London, gdzie współpracował z Colinem Wilkinem nad modelowaniem produkcji mezonu η w reakcjach jądrowych. Po powrocie do Surrey pracował rok jako asystent naukowy, a w 1992 objął stanowisko wykładowcy. W latach 1994–1999 miał stypendium badawcze Advanced Research Fellowship (EPSRC). W tym okresie kierował też konsorcjum Southern Centre for Nuclear Physics. W roku akademickim 1999/2000 był profesorem afiliowanym () w na Uniwersytecie Stanowym Michigan.

Starszym wykładowcą został w kwietniu 2001, a profesorem fizyki w 2005. Pod koniec tego roku kierował też wydziałową grupą teoretycznej fizyki jądrowej. W 2005 Uniwersytet Surrey przyznał mu indywidualną profesurę () łączącą fizykę jądrową i popularyzację nauki – ta druga była wówczas jedną z zaledwie czterech takich profesur w Wielkiej Brytanii, obok stanowisk w Bristolu, Richarda Dawkinsa w Oksfordzie i w Imperial College. W latach 2006–2011 jego działalność popularyzatorską finansowały dwa kolejne granty EPSRC () o łącznej wartości blisko 263 tys. funtów. Według uczelni opublikował ponad sto prac naukowych i wypromował 22 doktorów, a mimo kariery medialnej nieprzerwanie prowadził zajęcia dla studentów przez 32 lata. W stan spoczynku przeszedł pod koniec 2024, zachowując tytuł profesora emeritus (). Nadal jednak publikował: w 2025 był współautorem pracy o wpływie trwałych momentów dipolowych na tak zwane stany ciemne – niewidoczne w widmie, bo nie oddziałują ze światłem – w dimerach molekularnych, czyli parach powiązanych ze sobą cząsteczek.

Życie prywatne Al-Khalili ma obywatelstwo brytyjskie. Żonę Julie poznał w Priory School – tej samej, do której przed laty chodziła jego matka. Małżonkowie mają dwoje dorosłych dzieci – syna Davida i córkę Kate – i mieszkają w Southsea w Portsmouth. Wśród zainteresowań pozazawodowych wymieniał filozofię i malarstwo olejne, a także kibicowanie klubowi Leeds United F.C. – to ostatnie żartobliwie wskazał jako rzecz, której w życiu najbardziej żałuje.

Praca naukowa

Jądra halo i kilkuciałowa teoria Glaubera Głównym polem badawczym Al-Khaliliego była teoretyczna fizyka jądrowa, a ściślej kwantowe metody kilkuciałowe () stosowane do opisu struktury i mechanizmów reakcji jąder egzotycznych wytwarzanych w wiązkach radioaktywnych.

Jądro halo to jądro atomowe, w którym jeden lub dwa słabo związane nukleony tworzą wokół rdzenia rozmytą otoczkę o zasięgu znacznie większym niż reszta jądra. Przyjmowana definicja techniczna wymaga, by ponad połowa gęstości prawdopodobieństwa nukleonu halo – czyli szansy, że zostanie on zastany w danym miejscu – znajdowała się poza zasięgiem przyciągania rdzenia. Skutkiem jest silne powiększenie: jądro , złożone z trzech protonów i ośmiu neutronów, jest porównywalnej wielkości z jądrem ołowiu, liczącym ponad dwieście nukleonów, ponieważ funkcja falowa dwóch ostatnich, bardzo słabo związanych neutronów rozciąga się daleko poza pozostałe dziewięć nukleonów.

W 1996 Al-Khalili i Tostevin ponownie wyznaczyli promienie materii takich jąder na podstawie przekrojów czynnych na reakcję, uwzględniając wewnętrzną strukturę kilkuciałową pocisku, czyli jądra padającego na tarczę. Wcześniejsze oszacowania opierały się na tak zwanej granicy optycznej modelu Glaubera z prostymi gęstościami gaussowskimi. Uwzględnienie kilkuciałowych stopni swobody pokazało, że odtworzenie danych doświadczalnych wymaga promieni istotnie większych – dla skorygowana wartość wyniosła 3,55 fm (1 fm = 10−15 m). Istotą metody, nazywanej kilkuciałowym modelem Glaubera, jest to, że każdy składnik pocisku rozprasza się na jądrze tarczy niezależnie, ze swoją własną macierzą rozpraszania i własnym parametrem zderzenia – jądro halo nie odbija się od tarczy jak pojedyncza kulka, lecz rdzeń i neutrony halo „widzą” tarczę osobno.

Kolejnym wątkiem było rozpraszanie sprężyste jąder halo. Już w 1995 Al-Khalili, Tostevin i I.J. Thompson przedstawili model eikonalny rozpraszania sprężystego jądra , traktowanego jako układ trzech ciał: rdzenia i dwóch neutronów. Za główne źródło niepewności przy odczytywaniu struktury halo z takich danych uznali słabo poznane oddziaływanie rdzenia z tarczą. W pracy z 1997 Al-Khalili, Ronald Johnson i Tostevin wykazali, że pod pewnymi warunkami zachodzi prosta zależność między rozpraszaniem sprężystym złożonego jądra halo a rozpraszaniem samego jego rdzenia na tej samej tarczy, wskazując przy tym na silny wpływ rozmiaru i struktury otoczki na wyniki. W tym samym roku zespół z udziałem Al-Khaliliego i Tostevina zaproponował poprawkę do kilkuciałowego modelu Glaubera, uwzględniającą zakrzywienie toru każdego składnika pocisku. Poprawka zwiększała dokładność obliczeń przy większych kątach rozpraszania i niższych energiach pocisku.

Metoda przyjęła się w literaturze przedmiotu. W przeglądzie poświęconym jądrom egzotycznym Kouichi Hagino, – odkrywca jąder halo – i Hiroyuki Sagawa piszą wprost, że „Al-Khalili i Tostevin opracowali kilkuciałowe ujęcie teorii Glaubera”, wskazując je jako sposób zaradzenia zawyżaniu przekrojów czynnych przez przybliżenie granicy optycznej. Steven Pieper i Robert Wiringa w przeglądzie w „Annual Review of Nuclear and Particle Science” stwierdzili, że ich własne obliczenia metodą Monte Carlo funkcji Greena „zdecydowanie przemawiają za” analizą Al-Khaliliego i Tostevina, a przeciw wcześniejszej. Karsten Riisager przytoczył ich wartości promieni materii i jako dane odniesienia, a 22 lata po publikacji T. Nagahisa i W. Horiuchi przywołali ten wynik jako wiedzę ustaloną.

Recepcja nie była jednomyślna. G.D. Alkhazov ze współpracownikami odnotowali, że powtórna analiza tych samych danych o i , wykonana w 1998 przez Al-Khaliliego i Tostevina, dała promienie o około 0,2 fm większe od wyników wcześniejszej analizy, i traktowali ich uzasadnienie jako przypuszczenie, a nie ustalony fakt.