| Polowanie na małe neutralne |
|
|
| Polowanie na małe neutralne
|
|
|
| naczna część szczegółowych informacji na temat słabego oddziaływania pochodziła z badań wiązek neutrin; i tu rozpoczyna się zupełnie nowa historia. Hipotezę Pauliego z 1930 roku – o istnieniu małej neutralnej cząstki, która podlega wyłącznie oddziaływaniom słabym – sprawdzano na wiele sposobów w latach 1930–1960. Precyzyjne pomiary coraz większej liczby jąder podlegających słabym rozpadom wskazywały na prawdziwość hipotezy, że coś malutkiego i pozbawionego ładunku elektrycznego umyka z miejsca zderzenia, unosząc ze sobą energię i pęd. Był to wygodny sposób opisywania reakcji rozpadu, ale czy można wykryć istnienie neutrina?
|
| To było niełatwe zadanie. Neutrina szybują nie naruszone przez ogromne przestrzenie materii, gdyż podlegają jedynie oddziaływaniom słabym, których niewielki zasięg znacznie redukuje prawdopodobieństwo zderzenia. Oceniono, że aby mieć pewność, iż neutrino zderzy się z cząstką materii, trzeba by dysponować ołowianą tarczą o grubości roku świetlnego! Byłby to dość kosztowny eksperyment. Jeśli jednak użyjemy dostatecznie wielkiej liczby neutrin, to grubość tarczy niezbędnej do tego, aby od czasu do czasu zaobserwować zderzenie, odpowiednio się zmniejszy.
|
| W połowie lat pięćdziesiątych używano reaktorów jądrowych jako intensywnych źródeł neutrin, na których działanie wystawiano wielką kadź zawierającą dwuchlorek kadmu (było to rozwiązanie tańsze niż płyta ołowiu o grubości kilku lat świetlnych). Przy tak wielkiej liczbie neutrin (tak naprawdę to antyneutrin, bo to właśnie one powstają w reaktorach) nieuniknione było, aby niektóre z nich uderzyły w protony, powodując odwrotny rozpad b, to znaczy taki, w którym uwolniony zostaje pozyton i neutron. Wędrujący pozyton w końcu spotyka elektron; następuje anihilacja, w wyniku której powstają dwa fotony odlatujące w przeciwnych kierunkach. Fotony te wylatują na zewnątrz do ciekłego scyntylatora, w którym pojawiają się błyski, gdy fotony weń uderzają. Wykrycie neutronu i pary fotonów stanowiło pierwszy eksperymentalny dowód świadczący o istnieniu neutrina. Było to 35 lat po tym, jak Pauli wymyślił tę kreaturę.
|
| W roku 1959 kolejny kryzys – a nawet dwa – zaczął gnębić fizyków. Ośrodkiem całego zamieszania stał się Uniwersytet Columbia, ale w końcu kryzysem podzielono się sprawiedliwie i rozszedł się szerokim echem po całym świecie. Do tego czasu wszystkie dane dotyczące oddziaływania słabego były uprzejmie dostarczane przez naturalnie rozpadające się cząstki. Cząstka nigdy nie odczuwa większej rozkoszy niż wtedy, gdy swoje życie oddaje dla oświecenia fizyków.
|
| Aby badać słabe oddziaływania, po prostu obserwowaliśmy takie cząstki, jak neutron czy pion, gdy rozpadały się na inne cząstki. Zaangażowane w to energie pochodziły z masy spoczynkowej rozpadających się cząstek: zazwyczaj od kilku do około stu MeV. Nawet w wypadku swobodnych neutrin wypadających z reaktorów i biorących udział w słabych zderzeniach w grę wchodziła energia nie przekraczająca kilku MeV. Po zmodyfikowaniu teorii oddziaływań słabych tak, aby potwierdzała dane doświadczalne dotyczące niezachowania symetrii lustrzanej, okazało się, że mamy fantastyczną, elegancką teorię zgodną ze wszystkimi dostępnymi danymi, jakich dostarczyły miliony rozpadających się jąder, a także rozpady pionów, mionów, lambd oraz najprawdopodobniej – choć to trudniej udowodnić – rozpad cywilizacji zachodniej.
|
|
