| Niespodzianka na górskim szczycie |
|
|
| Niespodzianka na górskim szczycie
|
|
|
| roku 1927 angielski fizyk, Paul Dirac, próbował rozwinąć teorię kwantową, która w owym czasie nie chciała się zgadzać ze szczególną teorią względności Einsteina. Sommerfeld już wcześniej próbował przedstawić sobie nawzajem obie teorie. Dirac, pragnąc uczynić je szczęśliwym i zgodnym małżeństwem, nadzorował jego zawarcie i skonsumowanie. Przy okazji znalazł nowe eleganckie równanie (co ciekawe, nazywamy je teraz równaniem Diraca). To z tego potężnego równania wynika, że elektrony muszą mieć spin i wytwarzać pole magnetyczne. Przypomnij sobie, drogi Czytelniku, czynnik g z początku tego rozdziału. Obliczenia Diraca wskazywały na to, że moment magnetyczny elektronu, wyrażony czynnikiem g, wynosi 2,0. (Dopiero znacznie później udoskonalenie technik obliczeniowych pozwoliło otrzymać dokładną wartość, którą podałem wcześniej). Ale to jeszcze nie wszystko! Dirac (mając prawie 24 lata) stwierdził, że jego równanie opisujące falę elektronową miało dwa rozwiązania, z czego płynęły doprawdy dziwaczne konsekwencje: powinna istnieć inna cząstka o własnościach identycznych z elektronem, różniąca się od niego tylko ładunkiem elektrycznym. Stoi za tym bardzo proste matematyczne pojęcie: każde dziecko wie, że pierwiastek kwadratowy z 4 równy jest 2 oraz –2, bo 2 × 2 = 4 i –2 × –2 = 4. Istnieją więc dwa rozwiązania: plus albo minus dwa.
|
| Problem polegał na tym, że symetria wynikająca z równania Diraca oznaczała, iż dla każdej cząstki musi istnieć inna cząstka o takiej samej masie i przeciwnym ładunku elektrycznym. Dlatego Dirac, będąc konserwatywnym i tak przyziemnym dżentelmenem, że aż krążyły o tym legendy, przez jakiś czas zmagał się z tym dodatkowym rozwiązaniem, by wreszcie ustąpić i stwierdzić, iż w przyrodzie obok ujemnych muszą występować także dodatnie elektrony. Ktoś ukuł termin antymateria. Ta antymateria miała znajdować się wszędzie dookoła, tylko jakoś nikt nigdy jej jeszcze nie zauważył.
|
| W roku 1932 młody fizyk z Caltech, Carl Anderson, zbudował komorę mgłową tak zaprojektowaną, by umożliwiała rejestrowanie i fotografowanie subatomowych cząstek. Magnes o dużej mocy otaczał urządzenie, by zakrzywiać tory cząstek pozwalając w ten sposób na badanie ich energii. Anderson złapał w swojej komorze jedną dziwaczną nową cząstkę, a raczej jej ślad. Nazwał ten nowy obiekt pozytonem, bo był identyczny z elektronem, tylko że zamiast ujemnego, miał dodatni ładunek. Publikacja Andersona nie nawiązywała do równania Diraca, ale wkrótce dostrzeżono łączący je związek. Anderson znalazł nową postać materii, antycząstkę, która parę lat wcześniej wyskoczyła z równania Diraca. Wspomniane ślady w komorze mgłowej były śladami promieniowania kosmicznego, cząstek przybywających z odległych zakątków naszej Galaktyki, stale bombardujących atmosferę. By otrzymać jeszcze dokładniejsze dane, Anderson przetransportował swą aparaturę z Pasadeny na szczyt górski w Kolorado, gdzie powietrze jest rozrzedzone, a promieniowanie kosmiczne bardziej intensywne.
|
| Zamieszczone na pierwszej stronie „New York Timesa” zdjęcie Andersona, towarzyszące doniesieniom o odkryciu, było natchnieniem dla młodego Leona Ledermana, jego pierwszym spotkaniem z romantyczną przygodą – z taszczeniem aparatury na szczyt wysokiej góry w celu przeprowadzenia ważnego pomiaru. Okazało się, że antymateria ma duże znaczenie i że została nieodłącznie związana z życiem fizyków cząstek elementarnych. Obiecuję więcej o niej powiedzieć w dalszych częściach. Mamy zatem kolejny sukces teorii kwantowej.
|
|
