Fizyka

Sensacja w świecie mezonów

Ponieważ Powell i jego współpracownicy nie zauważyli ani razu, by mezon pi powodował eksplozję jądra atomowego, przeto sądzą, że mezony te są prawdopodobnie dodatnie; dodatni ich ładunek odpychany jest przez również dodatnie jądro atomowe— stąd małe prawdopodobieństwo zderzenia. Ale fizycy ci w dalszych swoich badaniach znaleźli nowe ślady mezonów, przeważnie ciężkich, które wyrzucane są z jąder atomowych eksplodujących, a po przebyciu pewnej drogi w emulsji trafiają w jądro atomowe i powodują nową eksplozję. Mezony tego typu nazwał Powell tymczasowo (dopóki nie wyjaśni się ostatecznie ich istota) „mezonami sigma“. Rys. 9 ukazuje schematycznie curriculum vitae mezonu sigma, obdarzonego zapewne ładunkiem ujemnym.

A teraz na podstawie znajomości wielu takich przypadków oraz ogólnych zasad fizyki atomu i jądra możemy spróbować naszkicować życiorys przeciętnego mezonu.

Mezon rodzi się w jądrze atomowym wśród nukleonów, podobnie jak foton świetlny rodzi się w zewnętrznej powłoce atomu wśród elektronów. W jądrze atomowym mezonów nie ma, podobnie jak nie ma fotonów świetlnych w atomie. Gdy jakiś elektron z poza atomu, o niewielkiej energii (zaledwie kilkanaście elektronowoltów, czyli eV* *), padnie na atom, oddaje swoją energię elektronowi atomu, a więc przenosi go na wyższy „poziom energetyczny“; mówimy, że atom zostaje „pobudzony“. Natychmiast jednak pobudzony atom przechodzi do stanu normalnego, tzn. elektron traci nabytą poprzednio energię. Otóż traci ją w postaci kwantu świetlnego. Energia kinetyczna elektronu zamienia się tu w energię świetlną kwantu i zamiana ta odbywa się według niewzruszonej zasady zachowania energii (a może ktoś, kto żył w zgodzie z fizyką, pamięta: „pół m v kwadrat równa się h ni“?). Tak powstaje foton, czyli porcyjka światła. A jak powstaje mezon, porcyjka materii? Podobnie i niepodobnie zarazem. Oto jądro atomu (a nie atom) musi zostać „pobudzone“, tzn. jeden z jego nukleonów musi uzyskać olbrzymią energię. Taki dar nukleon otrzymać może nie od lekkiego elektronu, lecz od równie ciężkiego jak on sam protonu, przybywającego z zewnątrz z olbrzymią szybkością. Jeśli jego energia jest rzędu wielkości miliona eV (czyli 1 MeV), wówczas jądro zostaje rozbite.

Lecz jeśli energia atakującego nukleonu jest ok. 100 razy większa, wtedy oprócz rozbicia jądra następuje emisja mezonu (rys. lOc). Dlaczego energia nukleonu zamienia się w masę i energię mezonu — nie wiemy, ale wiemy, że zamiana ta odbywa się według niewzruszonej zasady zachowania masy wraz z energią, czyli według słynnej relacji Einsteina (miłośnicy fizyki na pewno pamiętają: „E równa się m c kwadrat“!). Widzimy więc, że narodziny mezonu są prawdziwą materializacją energii.

Takie są narodziny mezonu. Życie jego jest nader krótkie i niewesołe. Rodzi się bowiem, jako opasły bobasek o wadze 300 m i prawie natychmiast chudnie. Po dwóch mikrosekundach „niknie w oczach“ i zostaje z niego tylko jeden elektron o masie 1 m (wyraźnie: jeden m), ale za to o olbrzymiej energii, gdyż utracona masa zostaje zamieniona na energię, a częściowo na masę neutralnej cząstki (nie wiadomo jeszcze, czy cząstką tą jest obojętny mezon czy neutrino).

Taki jest koniec mezonu. Chyba, że mezon jest ujemny i że miał sposobność trafienia w jądro atomu; wtedy oddaje swoją energię jądru i wywołuje jego eksplozję. Jeszcze jedno pytanie: ile co najmniej wynosić musi energia nukleonu bombardującego jądro, aby nastąpiła emisja mezonu? Wiadome było fizykom od wielu lat z teorii i z doświadczenia, że do wytworzenia elektronu w procesie materializacji energii promienistej potrzebna jest ilość energii, wynosząca 0,5 MeV (wynika to z równania „E równa się m c kwadrat“). Wobec tego do wytworzenia mezonu o masie 300 m potrzeba, aby nukleon miał energię 150 MeV. Nikt na świecie do roku 1947 takich energii nie wytwarzał, tzn. nie potrafił protonom czy innym jonom nadawać tak wielkich szybkości. To też nikt nie mógł nawet marzyć o wytworzeniu sztucznych mezonów. A właściwie marzyć mógł — np. słynny twórca cyklotronu, Lawrence. Marzył na pewno, gdyż w celu zrealizowania tego marzenia zbudował gigantyczny cyklotron. Co to był za olbrzym, niech świadczy jego ciężar: sam tylko rdzeń elektromagnesu ważył 3700 ton, a miał bieguny średnicy 470 m!

To czego fizycy dowiedzieli się o mezonie, pochodziło tylko z obserwowania mezonów, jakie produkuje wysoko nad naszymi głowami sama natura. Fizyk nie lubi być jednak meteorologiem i chce sam robić doświadczenia. Wreszcie w marcu 1948 roku, w Berkeley u Lawrence‘a zostały wyprodukowane mezony i są teraz gorączkowo badane doświadczalnie. A jak to się stało, opowiem.

Ponieważ tę część artykułu nazwałem, idąc za Rejem, „Żywotem mezonu poczciwego“, miałbym ochotę sprawę mezonu doświadczalnego związać z kolei z nazwiskiem Krasickiego i następny rozdział zatytułować: „Mezonu doświadczyńskiego przypadki“.

Nie chcąc jednak narażać się na zarzuty (bo jeśli są tacy, którzy uważają, że poważnej popularyzacji nie przystają żarty?), zrezygnowałem z tego tytułu i następny rozdział zatytułowałem poważnie, mianowicie:

ATTES SIĘ ŻENI!

Sprawa ta jest bowiem prawdziwa i brzemienna w skutki, a zatem poważna.

Oto najmłodszy z „fotografów“ z Bristolu, dr Lattes, Brazylijczyk, który dwa lata praktykował u starych mistrzów, Occhiali-niego i Powella, postanowił pojąć za żonę pewną uroczą Brazyliankę i w tym celu, w grudniu 1947, udał się do Brazylii. Po ślubie państwo Lattesowie nie mogli udać się w piękniejszą podróż poślubną, jak właśnie tam, gdzie nieodparte uroki roztacza olbrzym nad olbrzymami, cyklotron, cud przyrody i techniki.

Leave a Comment

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *