Waritrony czyli na tropie tajemnicy jądra atomowego

Jeżeli droga została wybrana, należy iść po niej. To jest drugie zadanie. Nie wszyscy jednak potrafią mu sprostać. Drogi odkryć naukowych nie są brukowane podręcznikami, a na skrzyżowaniach nie ma informatorów. Do skarbca przyrody ludzie wspinają się jak na szczyt górski, po piargach, skałach i śniegach, przez rozpadliny i lodowce.

A gdy wreszcie szczyt jest zdobyty, gdy odkrycie jest dokonane, uczony powinien wykonać jeszcze trzecie zadanie: udowodnić, że był na szczycie, przekonać innych o prawdziwości swego odkrycia.

Takie trzy zadania mieli wykonać Alichanowowie.

W celu wyznaczenia masy nowych cząstek wybrali dwie różne drogi, dwa zupełnie różne sposoby,
dwie nici biegnące poprzez labirynty zagadek do samego sedna odkrycia.

Pierwsza droga Alichanowów wychodziła z faktu, że masa mikrocząstki, jej zdolność jonizacyjna i jej zasięg w dowolnej substancji związane są ze sobą ścisłym prawem fizycznym. Znając więc dwie z tych trzech wielkości, można obliczyć trzecią.

Jakim przyrządem można zmierzyć zdolność jonizacyjną poszczególnej mikrocząstki? Komora jonizacyjna nie nadaje się do tego. Wprawdzie po przejściu mikrocząstki przez komorę dochodzi do elektrody dokładnie tyleż elektronów, ile wytrąciła ich cząstka z atomów gazu. Elektronów tych jest jednak zbyt mało, aby można było ustalić ich ilość jakimś przyrządem. Toteż prąd jonizacyjny w komorze można zmierzyć jedynie w przypadku, gdy przeszło przez nią wiele mikrocząstek. Jeśli zaś cząstki te posiadają różną zdolność jonizacyjną, to komora nie pomoże nam w oddzieleniu jednych cząstek od drugich.

Nie można również zmierzyć zdolności jonizacyjnej cząstki przy pomocy licznika. Wprawdzie po przejściu mikrocząstki przez licznik powstaje w nim cała lawina elektronów bombardujących włókno, ilość jednak elektronów w tej lawinie nie zależy zupełnie od zdolności jonizacyjnej mikrocząstki. Do wywołania takiej lawiny wystarczy pojedynczy elektron wewnątrz licznika.

Do pomiarów zdolności jonizacyjnej poszczególnych mikrocząstek posługujemy się specjalnym przyrządem — licznikiem proporcjonalnym. W zasadzie zbudowany jest on tak samo jak komora jonizacyjna lub zwykły licznik. W naczyniu wypełnionym gazem przeciągnięte jest włókno metalowe. Między włóknem a ściankami naczynia panuje napięcie elektryczne. Napięcie to nie jest jednak tak małe jak w komorze jonizacyjnej, a więc elektrony wytrącone z atomów gazu przez mikrocząstkę, która przebiegła przez licznik, same jonizują gaz. Dzięki temu do włókna licznika proporcjonalnego dochodzi znacznie więcej elektronów, niż ich wytrąciła mikrocząstka. Napięcie w liczniku proporcjonalnym nie jest przy tym tak wielkie jak w liczniku zwyczajnym. Toteż w liczniku proporcjonalnym nie tworzy się jak w liczniku zwykłym wielka lawina elektronów. A zatem natężenie sygnału dochodzącego do włókna licznika proporcjonalnego ściśle zależy od zdolności jonizacyjnej cząstki, która przebiegła przez licznik: sygnał jest tym silniejszy, im silniej jonizuje dana cząstka. Ponieważ zaś sygnał ten jest dostatecznie silny, może więc być zmierzony odpowiednim przyrządem.

Do pomocy liczników proporcjonalnych uciekli się właśnie Alichanowowie, gdy w 1943 r. wespół ze swym współpracownikiem S. Nikitinem przystąpili na szczycie Ałagez do wyznaczania zdolności jonizacyjnej poszczególnych cząstek kosmicznych.

Alichanowowie i Nikitin sporządzili dwa liczniki proporcjonalne w postaci dwóch walców i umieścili je jeden nad drugim. Nad górnym walcem zamocowali trzy zwykłe liczniki umieszczone obok siebie. Pod dolnym walcem zainstalowano trzy inne liczniki. Wszystkie te liczniki połączono ze skomplikowanym urządzeniem radiowym. Sygnał od każdego licznika dochodził najpierw do wzmacniacza tego licznika. Po wzmocnieniu sygnał dostawał sie do drugiego przyrządu radiowego — multiwih-rą-tora, który służył Alichanowom jako „sito“ sygnałów. Przyrząd ten nie przepuszcza sygnałów słabszych od pewnej wartości, którą możemy ustalić zależnie od naszej woli. Jeśli sygnał jest dostatecznie silny, to po przejściu przez multiwibrator dochodzi do układu koincydencyjnego połączonego z mechanicznym numeratorem sygnałów. Do układu koincydencyjnego poza svgnałsmi od dwóch liczników proporcjonalnych dochodziły również sygnały od obu grup liczników zwyczajnych. Układ koincydencyjny zmuszał numerator mechaniczny, aby liczył tylko wówczas, gdy do układu dochodziły wszystkie cztery sygnały. Unikano dzięki temu liczenia postronnych mikrocząstek wpadających do liczników proporcjonalnych z boku.

Przy pomocy takiego urządzenia Alichanowewie i Nikitin mogli mierzyć ilość cząstek o zdolności jonizacyjnej większej od tej czy innej wartości.

Najpierw mierzyli zdolność jonizacyjną wszystkich rodzajów cząstek kosmicznych — miękkich i twardych, nie rozróżniając ich. Następnie um:e-ścili pod dolnym licznikiem proporcjonalnym 10-centymetrową warstwę ołowiu i w ten sposób mogli zająć się samymi tylko twardymi cząstkami –mezonami. Następnie można było obliczyć zdolność jonizacyjną samych miękkich cząstek i porównać ją ze zdolnością jonizacyjną samych elektronów, znaną z innych doświadczeń.

Wszystkie te eksperymenty i obliczenia Alichanowowie i Nikitin zakończyli w 1944 r. Stwierdzili, że wśród miękkich cząstek kosmicznych istotnie występują jakieś nieznane cząstki o zdolności jonizacyjnej 2,5 razy większej niż zdolność jonizacyjna mezonów. Liczniki proporcjonalne mówiły to samo, co inne przyrządy.

Było to wielkie zwycięstwo, nowe potwierdzenie śmiałego przypuszczenia Alichanowów.

Aby oszacować teraz masę nowych cząstek, należało zmierzyć ich zasięg w jakiejś substancji. Użyto do tego płyt ołowianych różnej grubości, które umieszczano pod dolnym licznikiem proporcjonalnym. Udało się w ten sposób stwierdzić, że zasięg nowych cząstek powinien zawierać się między trzema i pięcioma centymetrami ołowiu.