Waritrony czyli na tropie tajemnicy jądra atomowego

Cząstki, łatwo przenikające przez materię, uczeni nazwali „twardymi“, cząstki zaś szybko grzęznące W materii —• „miękkimi“. Elektrony promieni kosmicznych są więc cząstkami miękkimi, mezony zaś — twardymi.

Jakiż udział mają w promieniach kosmicznych cząstki miękkie i twarde?

Do ostatnich czasów nie umiano dać jasnej odpowiedzi na to pytanie — pomiary różnych uczonych dawały różne liczby. Nie niepokoiło to zresztą nikogo… Rozbieżności wyników tłumaczono niedokładnością pomiarów.

I oto zupełnie niedawno dwóch uczonych radzieckich postanowiło zmierzyć starannie ilość cząstek miękkich i twardych w promieniach kosmicznych. Rozwiązując to skromne , przeciętne zagadnienie naukowe, dokonali jednego z największych odkryć w fizyce XX wieku!

Cóż to za odkrycie?

Kto go dokonał?

Odkrycia tego dokonali członek rzeczywisty Akademii Umiejętności ZSRR, Abraham Alichanow, i jego brat, członek korespondent Akademii Umiejętności ZSRR, Artemij Alichanian. Odznaczone nagrodą im. Stalina I stopnia  odkrycie braci Alichanowów zapoczątkowuje badania nowej nieznanej dotąd dziedziny zjawisk. Co więcej, odkrycie ich toruje fizykom na całym świecie nową drogę do zagadek jądra atomowego i do poznania natury mikrocząstek. Dla tych fascynujących zagadnień nauki kryją się w wynikach Alichanowów takie nieoczekiwane możliwości, że trudno jest jeszcze zdać sobie z nich w pełni sprawę…

LICZNIKI MIKROCZĄSTEK

Niewidzialne promienie kosmiczne otaczają nas ze wszystkich stron, niczym powietrze lub światło, Od narodzin do śmierci przebywamy w królestwie mikrocząstek, wśród nieustannego strumienia mezonów, elektronów, fotonów. Te mikropoci-ski, pędzące z potworną prędkością około trzystu tysięcy kilometrów na sekundę, przenikają przez nasze ciało, a my nawet tego nie zauważamy. Ulewy mikrocząstek powstają wokół nas i w nas samych. Giną mezony, z fotonów; rodzą się pary, eksplodują jądra atomowe… Wokół nas istnieje cały fantastyczny świat, przechodzący najśmielszą wyobraźnię!

W jaki sposób uczeni dowiadują się o wydarzeniach w tym świecie? Jak domyślili się jego istnienia?

Przyrządy fizykalne stworzone przez uczonych pomagają przenikać do tego niewidzialnego i niesłyszalnego świata. Dzięki przyrządom promienie kosmiczne stały się widzialne i słyszalne.

Jednym z takich przyrządów jest licznik cząstek (Geigera – Mullera). Odegrał on doniosłą rolę w odkryciu braci Alichanowów. Jest to niewielka rurka metalowa o cienkich ściankach, napełniona jakimś gazem. Wewnątrz rurki od jednego końca do drugiego naciągnięty jest cienki drut lub, jak go się nazywa, włókno licznika. Włókno jest elektrycznie izolowane od rurki i jeden jego koniec wyprowadzony jest na zewnątrz. Zazwyczaj koniec ten dołącza się do dodatniego bieguna baterii, rurkę zaś łączy się z biegunem ujemnjnn. Dzięki temu między ścianką licznika a włóknem wytwarza się pewne napięcie elektryczne. Wynosi ono około 1000 woltów.

Rozważmy, co nastąpi, gdy przez cienką ściankę licznika dostanie się do wnętrza jakaś naładowana mikrocząstka. Przebiegając obok atomów gazu, wypełniającego licznik, mikrocząstka dzięki swemu ładunkowi odrywa od atomów gazu ujemne elektrony wchodzące w ich skład, tj. jonizuje gaz. Ponieważ jednak włókno licznika jest połączone z dodatnim biegunem baterii, więc elektrony, wytrącone przez mikrocząstkę z atomów gazu, podążają ku włóknu. Między włóknem zaś a ścianką licznika panuje wysokie napięcie. Toteż na drodze ku włóknu każdy elektron nabywa pod działan;em sił elektrycznych tak znacznej energii, że sam zaczyna jonizować gaz, to znaczy odrywać od jego atomów ujemne elektrony. Wewnątrz licznika znajduje się zatem coraz więcej wolnych elektronów, a każdy z nich mknie gwałtownie ku włóknu wytwarzając po drodze nowe elektrony… A strumień elektronów jest to przecież prąd elektryczny. Jeśli zatem jakiś przyrząd potrafi wykazać pojawienie się tego prądu (wyładowania) w liczniku, to będzie on dokład-n:e sygnalizował przebiegnięcie przez licznik każdej mikrocząstki wywołującej ów prąd.

Fizycy znają wiele przyrządów reagujących na prąd elektryczny. Jeżeli prąd ten jest bardzo słaby, to można włókno licznika połączyć ze specjalnym wzmacniaczem radiowym. Wówczas sygnał licznika, wzmocniony kilkaset razy, może uruchomić zwykły dzwonek elektryczny, który odezwie się, gdy przez licznik przebiegnie mikrocząstka. Można zmusić lampkę elektryczną do zapalania się pod wpływem sygnału licznika, a błysk lampki fotografować na ruchomej taśmie; po wywołaniu błony fotograficznej uczony otrzyma więc utrwaloną relację o wszystkich mikrocząstkach, które przebiegły przez licznik. A gdyby to było potrzebne, to bez wielkiego trudu można by zmusić działo artyleryjskie do wystrzału za każdym razem, gdy do licznika wpadnie elektron lub mezon!

…Oto na stole laboratoryjnym leży mała miedziana rurka — licznik cząstek. Przewód biegnie od włókna licznika do wzmacniacza. Wzmacniacz zaopatrzony jest w lampkę neonową. Powinna ona rozbłyskiwać za każdym razem, gdy do wzmacniacza dochodzi jakiś sygnał. Na tym samym stole znajduje się wyłącznik, wyłączający lub włączający baterię wysokiego napięcia. Od biegunów baterii biegną przewody do włókna i ścianki licznika.

Wyłącznik znajduje się na razie w pozycji, przy której obwód jest przerwany. I nic się nie dzieje. Świecą lampy radiowe wzmacniacza, lekko szumi transformator… Lampka neonowa nie pali się.

Oto jednak łączymy baterię z licznikiem. Między jego włóknem a ścianką pojawia się napięcie tysiąca woltów.

Upływa sekunda, druga, trzecia… Na stele nic się nie zmieniło. Wszystko jest jak poprzednio. Oto jednak… nagle lampka neonowa jasno rozbłyskuje! Rozbłyskuje i gaśnie. Upływa jeszcze kilka sekund… znowu błysk… znowu…

Cóż to znaczy?

Znaczy to, że niewidzialne cząstki promieni kosmicznych, przebiegające przez licznik, stały się widzialne. Mistrzostwo współczesnej fizyki pozwoliło schwycić niedosiężne.

Istotnie, zadziwiający przyrząd!