MEZONY FOTOGRAFUJĄ SIĘ
Słabość pewnych cząstek jonizujących ° do ,.fotografowania się“ wykryto przed kilkunastu laty, lecz stosunkowo niedawno wykorzystano do badania rozmaitych procesów jądrowych i opracowano piękną metodę. Najważniejsze jest to, że fotografia odbywa się zupełnie bez przyrządowi. Wystarczy tylko płytę fotograficzną wystawić w miejscu, gdzie spodziewamy się jakichś jonizujących cząstek, a gdy cząstka wpadnie do emulsji fotograficznej, zostawia w niej ślad, zaczernia bowiem po drodze ziarna emulsji. Siady te, bardzo cienkie i krótkie, badają fizycy pod mikroskopem. Według długości, grubości i innych cech śladu wnioskują, z jaką cząstką mają do czynienia, jaka jest jej energia, masa itd. Płyty fotograficzne używane do tego celu, są specjalnie spreparowane; ich emulsja jest znacznie bogatsza w bromek srebra, niż emulsja zwykła, a ziarno jest znacznie drobniejsze i gęstsze.
Świetnym „fotografem“, który wyspecjalizował się w portretowaniu mezonów jest dr C. F. Powell z Uniwersytetu w Bristol. Zostawia on płyty fotograficzne do badań jądrowych na przeciąg kilku tygodni w wysokogórskim obserwatorium (Pic du Midi w Pirenejach, 2 800 m ), a po wywołaniu obserwuje pod mikroskopem i od czasu do czasu, gdy coś ciekawszego znajdzie — fotografuje. Oto dwie fotografie mezonów. Na pierwszej z nich widzimy mezon, a raczej tor mezonu, który przebył w emulsji drogę 400 mikronów, czyli 0,4 mm. Zredukował on chemicznie po drodze mnóstwo atomów srebra, zaczernił, więc wiele ziaren emulsji, ale nie trafił na żadne jądro atomowe. Czasem jednak zdarza się, że trafi; a jak to wygląda, ukazuje zdjęcie następne. Widać tu, że mezon z wielką energią storpedował jądro, gdyż wyrzucił z niego cztery fragmenty: dwie cząstki alfa oraz jeden proton o małej energii (krótki zasięg) i jeden proton o dużej energii (ślad najcieńszy i najdłuższy).
MEZONY CIĘŻKIE I LEKKIE
Powell i jego współpracownicy, Occhialim i Lattes, nie poprzestali na takich sobie zwykłych fotografiach mezonów. Chcieli koniecznie dowiedzieć się o mezonach czegoś więcej i sfotografować je w jakichś nieprzeciętnych okolicznościach życiowych. Lecz jakże trudno sfotografować coś ciekawszego, gdy się fotografuje na chybił — trafił, z zawiązanymi oczami! Powell, by powiększyć szanse uchwycenia ciekawych scen z życia mezonów, przenosi swoje płyty fotograficzne jeszcze wyżej: umieszcza je w Andach Boliwijskich, na wysokości 5.500 m, gdzie mezony są znacznie liczniejsze i… młodsze.
Z podróży tej Powell przywozi płyty, w których znajduje czterdzieści śladów ukazujących zupełnie nowy obyczaj mezonów.
Oto widzimy na rys. fotografię niezwykłego śladu mezonu. Ślad jest początkowo ponad normę gruby i, w miarę jak mezon posuwa się dalej, staje się jeszcze grubszy, tzn. zaczernia po drodze coraz więcej ziaren emulsji. Ten ostatni objaw nie stanowi nic nadzwyczajnego; fizycy wiedzą bowiem, że im wolniej porusza się jakakolwiek cząstka jonizująca, tym więcej mijanych atomów srebra redukuje mając na to więcej czasu. Po grubieniu śladu poznają nawet kierunek ruchu cząstki. Ale w pewnej chwili dzieje się coś niezwykłego: ślad gruby kończy się nagle i z tego miejsca wystrzela ślad bardzo cienki i długi, ślad zwykłego, znanego nam mezonu. Zupełnie „przepisowo“, jak dla zwykłych mezonów, ślad lekko grubieje, zdradzając tym, że mezon porusza się właśnie w kierunku grubienia; poza tym ślad staje się więcej „chybotliwy“, gdyż ruch mezonu powolnieje i mezon staje się coraz bardziej wrażliwy na działanie sił elektrycznych wywieranych na niego przez jądra atomowe emulsji. Objawy te zbadane ilościowo, pozwoliły Powellowi ocenić, że ów cieńszy ślad pochodzi od mezonu o masie 200 m (przypominam: m — masa elektronu), natomiast ślad pierwszy, grubszy — pochodzi od jakiejś nowej cząstki o masie 300 m (autor artykułu zaokrągla liczby, żeby nie męczyć i tak już zmęczonych Czytelników). Ta nowa cząstka została nazwana „mezonem pi“, w przeciwstawieniu do zwykłego mezonu nazywanego od tej pory „mezonem mi“. Historia, jaka wydarzyła się w tej emulsji, a jakiej świadkami jesteście i wy, Czytelnicy, da się na podstawie badań Powella wyrazić krótko. Na początku są mezony ciężkie i opasłe, lecz nietrwałe; żyją ze 100 razy krócej niż zwykłe mezony mi; gdy na taki ciężki mezon przyjdzie „kreska“, wówczas wyrzuca z siebie mezon lżejszy mi; ale ten lżejszy mezon nie leci w kierunku ruchu mezonu cięższego, więc zasada zachowania pędu (wrażliwszych czytelników przepraszam za ponowną o niej wzmiankę) każe ram przypuszczać, że oprócz mezonu mi wyrzucona jest jeszcze jakaś inna cząstka neutralna (bo nie zaczerniająca emulsji). Historia nasza kończy się na tym, że wreszcie i mezon lekki kończy swój żywot w znany nam już z komory Wilsona sposób: zamienia się na elektron i neutrino, a reszta jego masy — na wcale pokaźną ilość energii. Ale tego w emulsji już nie widać, bo elektrony nie zostawiają w niej śladu.