Fizyka
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
 Jesteś tutaj:  Wirtualny Wszechświat > Fizyka > Wielkie wykłady - Boska cząstka 
  Indeks
Wielkie wykłady
Dramatis personae
Niewidoczna piłka
nożna

Pierwszy fizyk cząstek
Interludium A:
Opowieść o dwóch
miastach

Poszukiwania atomu:
mechanicy

Dalsze poszukiwania
atomu: chemicy
i elektrycy

Nagi atom
Interludium B:
Tańczący mistrzowie
wiedzy tajemnej

Akceleratory: one
rozkwaszają atomy,
nieprawdaż?

Interludium C:
Jak w ciągu weekendu
złamaliśmy parzystość
i odkryliśmy Boga

Eksperyment w lustrze
Café Szanghaj
Eksperyment
A–tom!
I wreszcie boska
cząstka

Mikroprzestrzeń,
makroprzestrzeń
i czas przed
początkiem czasu

  Źródło
Leon Lederman,
Dick Teresi

BOSKA CZĄSTKA
Jeśli Wszechświat jest odpowiedzią, jak brzmi pytanie?

Przełożyła Elżbieta
Kołodziej-Józefowicz


  Eksperyment
 
Eksperyment
 
D
uży ruch, jaki panuje w  piątkowe wieczory na Saw Mill River Parkway, zazwyczaj nie pozwala się nacieszyć pięknym widokiem lesistych wzgórz otaczających drogę ciągnącą się wzdłuż rzeki Hudson. To gdzieś tu zaświtało mi, jakie możliwości otwiera przed nami „duży efekt”. W  przypadku obiektu obdarzonego spinem, o  „efekcie” mówimy wtedy, gdy podczas rozpadu preferuje on któryś z  kierunków ustawienia osi spinu. Mały efekt mamy wtedy, gdy z  2000 wyemitowanych elektronów spin 1030 jest zorientowany w  jedną stronę, a  970 w  drugą. Byłby to efekt bardzo trudny do wykrycia. Ale duży efekt, powiedzmy 1500 do 500, można już znacznie łatwiej znaleźć i  sama ta – błogosławiona – wielkość efektu przyczyniłaby się do uporządkowania spinu mionów. Aby przeprowadzić eksperyment, potrzebujemy mionów o  jednakowym spinie. Ponieważ miały one wędrować z  cyklotronu do detektorów, ten kierunek ich ruchu staje się kierunkiem odniesienia dla ich spinu. Chcemy, aby większość mionów była prawoskrętna (albo lewoskrętna, to obojętne) względem kierunku ruchu. Miony przylecą, miną kilka liczników i  zatrzymają się w  bloku grafitowym. Wtedy policzymy, ile elektronów wyłania się w  kierunku, w  którym poruszały się miony, a  ile w  kierunku przeciwnym. Istotna różnica między tymi dwiema liczbami byłaby dowodem złamania parzystości. Sława i  bogactwo!
       Nagle mój zwykły piątkowy spokój został zniszczony przez myśl, że moglibyśmy w  bardzo prosty sposób przeprowadzić stosowny eksperyment. Mój doktorant, Marcel Weinrich, pracował nad doświadczeniem z  udziałem mionów. Po niewielkich przeróbkach aparatura, którą przygotował, mogłaby posłużyć do poszukiwań dużego efektu. Przeanalizowałem w  myśli sposób otrzymywania mionów w  naszym akceleratorze. Mogłem uważać się za eksperta w  tej dziedzinie, jako że pracowałem z  Johnem Tinlotem nad zaplanowaniem zewnętrznej wiązki mionów i  pionów parę lat wcześniej, gdy sam jeszcze byłem zielonym doktorantem.
       Wyobraziłem sobie przebieg całego procesu: akcelerator, magnes z  okrągłymi biegunami o  średnicy 6 metrów, ważącymi po 4000 ton, między tymi magnesami jak w  kanapce tkwi wielka stalowa komora próżniowa. W  sam jej środek za pomocą maleńkiej rurki wstrzykiwany jest strumień protonów. Protony mkną po spiralnym torze, podczas gdy wysokie napięcie o  częstości radiowej popycha je z  każdym okrążeniem coraz prędzej i  prędzej. Pod koniec tej spiralnej podróży cząstki osiągają energię około 400 MeV. Blisko brzegu komory, tam gdzie już prawie nie sięga oddziaływanie magnesu, tkwi niewielki pręt z  kawałkiem grafitu i  czeka na bombardowanie wysokoenergetycznymi protonami. Czterysta milionów elektronowoltów, które z  sobą niosą, wystarcza, aby na skutek zderzenia z  jądrami węgla w  grafitowej tarczy powstały nowe cząstki – piony.
       Oczyma duszy widziałem, jak piony wylatują dalej z  pędem otrzymanym w  spadku po protonach. Zrodzone między biegunami potężnego magnesu cyklotronu, biegną lekkim łukiem, opuszczają cyklotron i  wykonują swój taniec przemijania. Na ich miejsce pojawiają się miony kontynuujące ich ruch. Szybko zanikające poza granicami magnesu pole magnetyczne pomaga jeszcze przepchnąć miony przez kanał w  trzymetrowej betonowej ścianie osłony wprost do hali doświadczeń, gdzie już na nie czekamy.
       W  eksperymencie przygotowywanym przez Marcela miony miały być spowalniane w  dziesięciocentymetrowym filtrze i  zatrzymywane w  blokach o  grubości dwóch i  pół centymetra, wykonanych z  różnych pierwiastków. Energię traciłyby na skutek delikatnych zderzeń z  atomami bloku i   niosąc ujemny ładunek – w  końcu zostawałyby pochwycone przez dodatnie jądro. Ponieważ nie chcieliśmy, by cokolwiek wywierało wpływ na sposób uporządkowania spinu mionów, pochwycenie ich na orbitę okołojądrową byłoby bardzo niepożądane, dlatego też korzystaliśmy z  mionów o  dodatnim ładunku. Co by robił dodatnio naładowany mion w  bloku? Prawdopodobnie po prostu siedziałby tam sobie, wirując spokojnie, aż nadszedłby czas jego rozpadu. Należało bardzo starannie dobrać rodzaj tworzywa bloku i  węgiel wydawał się odpowiedni.
       A  teraz najważniejsza myśl kierowcy, który pewnego styczniowego piątku zmierzał na północ: jeśli wszystkie (albo prawie wszystkie) miony zrodzone w  procesie rozpadu pionów miałyby spiny skierowane w  tę samą stronę, to oznaczałoby to, że w  reakcji „pion mion” parzystość jest złamana, i  to złamana silnie. Duży efekt! Przypuśćmy teraz, że oś spinu pozostaje równoległa do kierunku ruchu mionów, pomykających wdzięcznie po delikatnym łuku na zewnątrz maszyny (jeśli wartość czynnika g  jest bliska 2, to właśnie dokładnie tak się dzieje). Przypuśćmy dalej, że niezliczone delikatne zderzenia z  atomami węgla, które stopniowo spowolniły mion, nie zaburzyły związku łączącego spin z  kierunkiem ruchu. Gdyby to wszystko rzeczywiście było prawdą – mirabile dictu! – miałbym próbkę mionów siedzących w  bloku grafitu ze spinami ustawionymi w  jedną stronę.
       Czas życia mionu – dwie mikrosekundy – bardzo nam odpowiadał. Eksperyment był już tak zaplanowany, by rejestrować elektrony, które wyłaniają się z  rozpadających się mionów. Moglibyśmy zobaczyć, czy tyle samo mionów pojawia się w  obu kierunkach wyznaczonych przez oś spinu. Byłby to test na zachowanie lustrzanej symetrii. Jeśli otrzymane liczby nie będą równe, będzie to oznaczało, że parzystość jest martwa. I  to ja ją zabiłem! Ha!
       Wyglądało na to, że potrzebne nam są co najmniej dwa cudy, aby eksperyment rzeczywiście się udał. To właśnie ta konieczność liczenia na dwa cudowne zdarzenia pod rząd zniechęciła nas w  sierpniu, kiedy Lee i  Yang przedstawiali swój artykuł, w  którym mówili o  niewielkich efektach. Jeden mały efekt dałby się może zarejestrować przy odrobinie cierpliwości, ale dwa pod rząd – powiedzmy jeden procent jednego procentu – sprawiały, że eksperyment nie powinien mieć żadnych szans powodzenia. Dlaczego dwa kolejne małe efekty? Pamiętaj, drogi Czytelniku, że najpierw musielibyśmy uzyskać piony rozpadające się na miony o  jednakowym spinie (cud numer jeden). A  potem w  rozpadzie mionów na elektrony musiałaby się pojawić obserwowalna asymetria względem osi ich spinu (cud numer dwa).
       Zanim zjechałem z  autostrady w  Yonkers, ogarnęło mnie podniecenie. Właściwie nie wątpiłem już, że jeśli parzystość była silnie złamana, to powinniśmy otrzymać spolaryzowane miony (wszystkie spiny zwrócone w  tę samą stronę). Wiedziałem też, że w  polu magnetycznym spin mionów pozostaje „przytwierdzony” do kierunku ruchu cząstki. Mniej pewien byłem tego, co się dzieje, gdy mion wpada do absorbującego energię grafitowego bloku. Gdybym nie miał racji, osie spinu cząstek mogłyby powykrzywiać się we wszystkie strony. A  wówczas nie moglibyśmy obserwować kierunku emisji elektronów względem osi spinu.
       Powtórzmy to wszystko jeszcze raz. W  wyniku rozpadu pionów powstają miony o  spinach zgodnych z  kierunkiem ruchu macierzystych cząstek. To jest coś w  rodzaju cudu. Musimy teraz zatrzymać miony tak, abyśmy mogli obserwować, w  jakim kierunku emitowane są elektrony, które powstają w  wyniku rozpadu mionów. Ponieważ znamy kierunek ruchu mionów, zanim osiągną grafitowy blok, wiemy również – jeśli nic nie zmieni tego kierunku – jaki jest ich spin, gdy się zatrzymują i  rozpadają. Teraz musimy tylko tak przemieszczać wysięgnik z  detektorem elektronów wokół bloku, w  którym spoczywają miony, aby sprawdzić, czy lustrzana symetria jest zachowana.
       Dłonie zaczęły mi się pocić, gdy tak powtarzałem sobie, co powinniśmy zrobić. Wszystkie liczniki były już na miejscu. Urządzenia elektroniczne informujące o  przybyciu wysokoenergetycznych mionów i  ich wnikaniu w  blok grafitu (już jako spowolnione cząstki) też tkwiły już na właściwych miejscach i  działały. Był też „teleskop” składający się z  czterech liczników, który służył do wykrywania elektronów emitowanych przez rozpadające się miony. Jedyne, co nam pozostało do zrobienia, to umieścić te liczniki na jakiejś ruchomej platformie tak, aby można je było obracać wokół grafitowego bloku. Jedna albo dwie godziny pracy. Ojoj! Ekstra! Pomyślałem, że czeka nas długa i  pracowita noc.
       Gdy znalazłem się w  domu, gdzie szybko zjadłem obiad i  trochę pobaraszkowałem z  dziećmi, zatelefonował Richard Garwin, fizyk pracujący dla IBM. Prowadził prace badawcze nad procesami atomowymi w  laboratoriach należących do IBM, rozlokowanych w  sąsiedztwie uniwersytetu. Richard był częstym gościem na Wydziale Fizyki, ale tego dnia akurat nie wybrał się z  nami na lunch i  dzwonił po to, by poznać najświeższe wieści na temat eksperymentu Wu. „Słuchaj, Dick, mam świetny pomysł, jak w  prosty sposób sprawdzić łamanie parzystości. – Wyjaśniłem mu pospiesznie. – Może byś wpadł do laboratorium i  trochę nam pomógł?” Garwin mieszkał w  pobliżu, w  Scarsdale. O  ósmej wieczorem rozmontowywaliśmy już aparaturę pewnego bardzo skonfundowanego i  zdenerwowanego doktoranta. Marcel przyglądał się, jak psujemy mu wszystko, co przygotował, żeby przeprowadzić swój dyplomowy eksperyment. Dick miał za zadanie przemyśleć problem związany z  obracaniem teleskopu z  detektorami elektronów tak, abyśmy mogli określić ich rozkład wokół osi spinu. Nie było to proste zadanie, ponieważ podczas przesuwania detektora moglibyśmy zmienić odległość dzielącą go od mionów i  tym sposobem wpłynąć na ilość wykrywanych elektronów.
       Wtedy właśnie Garwin wpadł na drugi, bardzo istotny dla powodzenia eksperymentu, pomysł. „Słuchaj – powiedział. – Zamiast obracać tę ciężką platformę, pozostawmy ją w  miejscu; pokręcimy mionami siedzącymi w  bloku”. Aż jęknąłem z  zachwytu, gdy dotarło do mnie piękno i  prostota tego rozwiązania. Oczywiście, wirująca naładowana elektrycznie cząstka jest maleńkim magnesem i  w  polu magnetycznym porusza się jak igła kompasu, z  tą tylko różnicą, że mechaniczne siły działające na mion-magnesik obracają go w  sposób ciągły. Pomysł był tak prosty, że aż genialny.
       Nie mieliśmy żadnych trudności z  obliczeniem wartości pola magnetycznego, potrzebnego do obrócenia mionów o  360° w  rozsądnym czasie. Jak długi czas jest rozsądny z  punktu widzenia mionu? Mion, który rozpada się na elektron i  neutrino, ma okres połowicznego rozpadu równy 1,5 mikrosekundy (1,5 × 10–6 s). Oznacza to, że w  ciągu 1,5 mikrosekundy połowa mionów przeniesie się na tamten świat. Gdybyśmy obracali je zbyt wolno – na przykład o  1°  na mikrosekundę – większość mionów zniknęłaby, zanim blok obróciłby się o  parę stopni. Nie moglibyśmy wówczas porównywać wydajności dla 0°  i  180°, czyli liczby elektronów wyemitowanych z  „góry” mionu w  porównaniu z  liczbą elektronów wyemitowanych z  jego „dołu”, a  przecież taki właśnie był cel naszego eksperymentu. Gdybyśmy, przykładając silne pole magnetyczne, zwiększyli prędkość obrotu do, powiedzmy, 1000°  na mikrosekundę, emitowane elektrony omiatałyby detektor tak szybko, że otrzymalibyśmy wyniki rozmazane. Zdecydowaliśmy, że idealnym tempem obrotu będzie około 45°  na mikrosekundę.
       Nawinęliśmy na cylinder kilkaset zwojów miedzianego przewodu i  przepuściliśmy przezeń prąd kilku amperów, dzięki czemu udało nam się otrzymać odpowiednie natężenie pola magnetycznego. Znaleźliśmy akrylowy cylinder i  posłaliśmy Marcela do magazynu po więcej drutu, przycięliśmy blok grafitowy tak, aby mieścił się wewnątrz cylindra, i  podłączyliśmy przewody do źródła prądu, którym można było zdalnie sterować – na półce znaleźliśmy nawet odpowiedniego pilota. O  północy wszystko było gotowe. Pracowaliśmy w  wielkim pośpiechu, bo akcelerator jest zawsze wyłączany w  soboty o  ósmej rano w  celu przeprowadzenia przeglądów i  napraw.
       O  pierwszej w nocy liczniki rejestrowały już dane, rejestry akumulacyjne zapisywały liczby elektronów wyemitowanych w  różnych kierunkach. Dzięki pomysłowi Garwina nie mierzyliśmy tych kątów bezpośrednio. Elektronowy teleskop pozostawał w  miejscu, a  w  polu magnetycznym obracały się miony, czy raczej wektory osi ich spinów. Toteż w  tym układzie czas przybycia elektronu do detektora świadczył o  kierunku, z  którego pochodził. Mierząc czas, rejestrowaliśmy kierunek. Oczywiście, mieliśmy mnóstwo problemów. Poprosiliśmy operatorów akceleratora, by dali nam jak najwięcej protonów uderzających w  tarczę. Musieliśmy wyregulować wszystkie liczniki wychwytujące przybycie i  zatrzymanie mionów. Musieliśmy sprawdzić, czy we właściwy sposób kontrolujemy niewielkie pole magnetyczne działające na miony.
       Po paru godzinach zbierania danych uwidoczniła się już wyraźna różnica między liczbami elektronów wyemitowanych w  położeniach 0°  i  180°  względem wektora osi spinu. Dane były prowizoryczne i  wprawiły nas w  nastrój podniecenia zabarwionego na poły optymizmem, na poły sceptycyzmem. Gdy o  ósmej rano przejrzeliśmy uzyskane wyniki, stwierdziliśmy, że sceptycyzm miał swe uzasadnienie. Teraz dane były znacznie mniej przekonujące, niesprzeczne z  hipotezą, że dopuszczalne są wszystkie kierunki emisji; wskazywały na zachowanie lustrzanej symetrii. Błagaliśmy operatorów, żeby dali nam jeszcze parę godzin, ale bez skutku. Harmonogram – rzecz święta. Przygnębieni zeszliśmy do hali akceleratora, gdzie znajdowała się aparatura. Tu stanęliśmy oko w  oko z  apokalipsą. Akrylowy cylinder, na który nawinęliśmy przewód, stopił się i  pokrzywił na skutek wydzielonego przez prąd ciepła. W  wyniku tego wypadł blok grafitowy. A  zatem miony nie docierały do pola magnetycznego, które dla nich przygotowaliśmy. Poobwiniawszy się trochę nawzajem (i  tak wiadomo, że zawsze winien jest student), nabraliśmy otuchy. Może jednak nasze pierwsze wrażenie było słuszne!
       Zaplanowaliśmy, co musimy zrobić podczas weekendu. Zaprojektować odpowiednie pole magnetyczne. Spróbować przyspieszyć zbieranie danych poprzez zwiększenie liczby zatrzymanych mionów i  zwiększenie odsetka zliczanych elektronów. Przemyśleć, co się dzieje z  dodatnio naładowanymi mionami podczas delikatnych zderzeń w  trakcie spowalniania i  wtedy, gdy tkwią w  sieci utworzonej przez atomy węgla. Przecież jeśli dodatni mion zdołałby pochwycić jeden z  licznych wolnych elektronów poruszających się wewnątrz grafitu, to taki elektron łatwo mógłby doprowadzić do depolaryzacji (zaburzyć spin) mionu; a  zatem nie zachowywałyby się one jednakowo.
       Wszyscy trzej poszliśmy do swych domów, żeby się trochę przespać. Spotkaliśmy się znów o  drugiej po południu. Ciężko pracowaliśmy przez cały weekend, każdy nad przydzielonym mu zadaniem. Ja zdołałem przeprowadzić obliczenia opisujące ruch mionu od chwili narodzin, kiedy wysyła go rozpadający się pion, poprzez podróż przez kanał i  betonową osłonę aż do chwili, gdy dotrze do naszej aparatury. Prześledziłem jego spin i  kierunek ruchu. Założyłem maksymalne złamanie parzystości: sytuację, gdy wszystkie miony mają spin ustawiony zgodnie z  kierunkiem ruchu. Wszystko wskazywało na to, że jeśli symetria nie była zachowana w  ogóle, lub choćby tylko w  połowie, powinniśmy otrzymać sinusoidalną krzywą. W  ten sposób moglibyśmy nie tylko udowodnić złamanie symetrii, lecz także otrzymać liczbę określającą, w  jakim stopniu do tego doszło: od 100 procent aż do (nie! nie!) zera. Jeśli ktoś ci mówi, drogi Czytelniku, że naukowcy są beznamiętni i  że cechuje ich chłodny obiektywizm, sam chyba jest szalony. Rozpaczliwie pragnęliśmy przekonać się o  pogwałceniu parzystości. Ona nie była dziewczyną, a  my nie byliśmy nastoletnimi wyrostkami, ale gorąco pragnęliśmy dokonać odkrycia. Naukowy obiektywizm polega na tym, że pasja nie ma wpływu na metodologię i  samokrytycyzm.
       Garwin zrezygnował z  akrylowego walca, nawinął cewkę bezpośrednio na nowy kawałek grafitu i  wypróbował trwałość tego układu, zwiększając dwukrotnie natężenie prądu, który był nam potrzebny. Marcel poprzestawiał liczniki, przesunął teleskop bliżej grafitowego bloku, sprawdził oraz poprawił wydajność wszystkich liczników i  przez cały czas się modlił, żeby z  całego tego zamieszania wynikło cokolwiek, co dałoby się opublikować.
       Praca powoli posuwała się do przodu. W  poniedziałek rano wieści o  naszych gorączkowych działaniach dotarły do załogi operatorów akceleratora i  do niektórych naszych kolegów. Konserwatorzy wykryli poważne usterki w  maszynie – nici z  poniedziałku. Wiązka mogła zostać uruchomiona najwcześniej we wtorek o  ósmej rano. No cóż, więcej czasu na ostatnie przygotowania, dopieszczanie szczegółów i  sprawdzanie. Koledzy z  uniwersytetu przyjechali do laboratorium przywiedzeni chęcią dowiedzenia się, co takiego knujemy. Jeden bystry młody człowiek, który uczestniczył w  chińskim lunchu, zadał parę pytań i  na podstawie moich wymijających odpowiedzi wywnioskował, że zamierzamy przeprowadzić eksperyment dotyczący parzystości.
       „Nie da rady – pocieszył mnie. – Miony ulegną depolaryzacji, tracąc energię w  grafitowym filtrze”. Łatwo jest wprawić mnie w  stan przygnębienia, ale znacznie trudniej zniechęcić. Pamiętałem słowa mojego mentora, wielkiego mędrca naszego uniwersytetu, Isidora Rabiego: „Ze spinem sprawa jest śliska”.
       Około szóstej wieczorem w  poniedziałek, przed zapowiedzianym terminem, maszyna zaczęła dawać znaki życia. Przyspieszyliśmy przygotowania, sprawdziliśmy wszystkie urządzenia i  układy. Zauważyłem, że nasza tarcza, ustawiona na dziesięciocentymetrowej podstawce, sprawiała wrażenie ustawionej trochę za nisko. Zmierzyłem, co trzeba, i  okazało się, że rzeczywiście powinna być wyżej. Rozejrzałem się wokół w  poszukiwaniu czegoś, co mogłoby ją podnieść o  dwa, trzy centymetry. Dojrzałem leżącą w  kącie puszkę po kawie, w  której tkwiły drewniane śruby. Wyrzuciłem więc podstawkę, a  blok ustawiłem na puszce. Doskonale! (Smithsonian Institute chciał później pożyczyć od nas tę puszkę, żeby powtórzyć eksperyment, ale nie mogliśmy jej znaleźć).
       Z  głośników rozległo się ostrzeżenie, że za chwilę maszyna zostanie włączona i  że wszyscy muszą opuścić pomieszczenie akceleratora, jeśli nie chcą się usmażyć. Popędziliśmy w  górę po stromych metalowych schodach, przez parking do budynku laboratorium, gdzie przewody z  detektorów są podłączone do takich elektronicznych urządzeń, jak rozmaite obwody, przeliczniki i  oscyloskopy. Garwin poszedł do domu już wiele godzin przedtem, Marcel szukał czegoś do jedzenia, a  ja zabrałem się do rejestrowania sygnałów elektronicznych nadchodzących z  detektorów. Wielka, gruba księga laboratoryjna służyła do notowania wszystkich istotnych informacji o  tym, co dzieje się w  laboratorium. Była ozdobiona wesołymi napisami w  rodzaju: „O  kurde!”, „Kto, do diabła, zapomniał wyłączyć ekspres do kawy”, „Dzwoniła twoja żona”. Zawierała też zapis tego, co należy zrobić, tego, co zrobiono, i  informacje na temat funkcjonowania urządzeń. („Uwaga na przelicznik numer 3. Czasem iskrzy i  zdarza się, że źle zlicza”).
       Kwadrans po godzinie 19 wiązka osiągnęła już standardowe natężenie, tarcza wytwarzająca piony została zdalnie ustawiona w  odpowiednim miejscu. Natychmiast przeliczniki zaczęły rejestrować nadchodzące cząstki. Obserwowałem ten rząd przeliczników, który miał podawać liczbę elektronów emitowanych w  rozmaitych odstępach czasu po zatrzymaniu mionów. Liczby wciąż były bardzo małe: 6, 13, 8...
       Garwin przyjechał około wpół do dziesiątej. Postanowiłem przespać się trochę i  zastąpić go o  szóstej rano następnego dnia. Bardzo powoli jechałem do domu. Byłem na nogach od ponad dwudziestu godzin i  ze zmęczenia nawet nie czułem już głodu. Zdawało mi się, że telefon zadzwonił, ledwie zdążyłem przyłożyć głowę do poduszki. Zegar wskazywał trzecią w nocy. To był Garwin: „Lepiej przyjeżdżaj, udało się!” O  godzinie 3.25 zaparkowałem przed laboratorium i  popędziłem do środka. Garwin wkleił wydruki z  przeliczników do księgi laboratoryjnej. Liczby obezwładniały swą jednoznacznością. Ponad dwa razy więcej elektronów było emitowanych w  położeniu 0°  niż w  położeniu 180°. Przyroda odróżnia spin prawoskrętny od lewoskrętnego. Tymczasem maszyna osiągnęła już maksymalne natężenie wiązki, wskazania przeliczników zmieniały się błyskawicznie. Przelicznik rejestrujący elektrony wyemitowane w  położeniu odpowiadającym 0°  pokazywał 2560, przelicznik dla 180°  – 1222. Już samo statystyczne znaczenie takiej rozbieżności było przytłaczające. Wskazania przeliczników z  położeń pośrednich miały zadowalająco pośrednie wartości. Implikacje niezachowania parzystości na takim poziomie były nieogarnione... Spojrzałem na Richarda. Brakowało mi tchu, serce biło mi szybko, kręciło mi się w  głowie – miałem wiele z  symptomów (nie wszystkie!) towarzyszących podnieceniu seksualnemu. Sprawa okazała się poważna. Zacząłem w  myśli analizować, czy coś w naszym eksperymencie mogło nawalić w  ten sposób, by spowodować przekłamanie danych, które nam się właśnie ukazywały. Było wiele możliwości. Spędziliśmy godzinę, sprawdzając układy używane do liczenia elektronów. Nic. Jak inaczej mogliśmy sprawdzić prawdziwość naszych wniosków?
       Wtorek, godzina 4.30. Poprosiliśmy operatora o  wyłączenie wiązki. Pobiegliśmy na dół i  ręcznie obróciliśmy teleskop elektronowy o  90°. Jeśli wszystko jest tak, jak to sobie wyobrażamy, to otrzymany teraz rozkład również powinien przesunąć się o  90°. No i  proszę! Rozkład przesunął się zgodnie z  przewidywaniem.
       O szóstej rano zadzwoniłem do Tsunga Dao Lee. Odezwał się już po pierwszym sygnale. „T. D., obserwowaliśmy łańcuch reakcji pion-mion-elektron, mamy teraz sygnał rzędu dwudziestu odchyleń standardowych. Parzystość jest martwa”. Ze słuchawki posypał się grad pytań: „Jaką energię miały elektrony? Jak zmieniała się obserwowana asymetria w  zależności od energii elektronów? Czy spin mionów był równoległy do kierunku, z  którego przybywały?” Znaliśmy odpowiedzi na niektóre z  tych pytań. Pozostałe pojawiły się jeszcze tego samego dnia. Garwin zajął się rysowaniem wykresów i  spisywaniem odczytów z  przeliczników. Ja sporządziłem listę rzeczy, które jeszcze musimy zrobić. O  siódmej zaczęliśmy otrzymywać telefony od kolegów z  Uniwersytetu Columbia, którzy już usłyszeli nowinę. Garwin znikł o  ósmej, zamiast niego pojawił się, chwilowo zapomniany, Marcel. O  dziewiątej pokój był już zatłoczony: przyszli fizycy, technicy i  sekretarki. Wszyscy próbowali dowiedzieć się, co się dzieje.
       Trudno było kontynuować pracę. Moje tętno powróciło do normy. Właśnie uzyskaliśmy nową i  znaczącą informację o  świecie. Oblicze fizyki uległo drastycznej zmianie. Złamanie symetrii dało nam nowe potężne narzędzie badawcze: spolaryzowane miony wrażliwe na działanie pola magnetycznego, mające spiny, które można wyśledzić dzięki elektronom powstającym w  wyniku rozpadu mionów. W  ciągu następnych trzech, czterech godzin odebraliśmy telefony z  Chicago, Kalifornii oraz z  różnych europejskich ośrodków. Ludzie pracujący przy akceleratorach w  Berkeley, Liverpoolu, Genewie, Moskwie pospieszyli do maszyn, niczym piloci w  czasie wojny, którzy słysząc alarm pędzili do swych samolotów. Kontynuowaliśmy eksperyment i  sprawdzanie naszych założeń jeszcze przez okrągły tydzień, ale piekielnie nam się spieszyło, by opublikować wyniki. Zbieraliśmy dane w  różnych postaciach przez 24 godziny na dobę, sześć dni w  tygodniu przez sześć miesięcy. Wkrótce inne laboratoria potwierdziły nasze wyniki.
       C. S. Wu, oczywiście, nie była zachwycona naszymi czystymi, jednoznacznymi wynikami. Proponowaliśmy jej wspólne przygotowanie publikacji, ale stwierdziła, że potrzebuje jeszcze tydzień czasu na sprawdzenie swoich rezultatów.
       Trudno wyrazić, jak bardzo zaskakujące były nasze wyniki dla fizyków. Rzuciliśmy wyzwanie, czy raczej ostatecznie podważyliśmy powszechnie wyznawane przekonanie, że przyroda wykazuje lustrzaną symetrię. W  późniejszych latach obalono także i  inne rodzaje symetrii. Ale ten pierwszy eksperyment stanowił wstrząs dla wielu teoretyków, w  tym także dla Wolfganga Pauliego, który powiedział to słynne zdanie: „Nie mogę uwierzyć, by Bóg był słabym mańkutem”. Nie chodziło mu o  to, że Bóg powinien być praworęczny; jeśli już, to raczej oburęczny.
       Doroczne spotkanie Amerykańskiego Towarzystwa Naukowego 6 lutego 1957 roku zgromadziło w  sali balowej hotelu Paramount w  Nowym Jorku dwa tysiące fizyków. Ludzie zwisali z  belek stropowych. Wszystkie ważniejsze gazety na pierwszych stronach zamieściły doniesienia o  wynikach naszego eksperymentu. „New York Times” opublikował dosłownie i  w  pełnym brzmieniu tekst naszego komunikatu prasowego wraz z  rysunkami cząstek i  luster. Ale nic nie mogło się równać z  uczuciem mistycznej euforii, którego doświadczyliśmy w ów wtorek o  trzeciej nad ranem, kiedy poznaliśmy nową i  głęboką prawdę.
góra strony
poprzedni fragment następny fragment
Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach