V roce 1900, krátce po objevu elektronu a radioaktivity, lord Kelvin slavně poznamenal:

Ve fyzice už nelze objevit nic nového. Jediné, co zbývá, je stále přesnější měření

Ukázalo by se, že se šeredně mýlil. Objev jádra a následně jeho složek, protonu a neutronu, převrátil náš pohled na to, z čeho se skládá svět. Naše chápání světa se změnilo z klasického na kvantové a až do roku 1933 šla kvantová mechanika při popisu experimentálních pozorování od úspěchu k úspěchu. Vyvrcholením byla Diracova rovnice, která předpověděla existenci antihmoty, což bylo krátce poté potvrzeno objevem antielektronu (pozitronu). Samolibost fyziků však trvala jen krátce. V zákulisí nebylo vše v pořádku. Kvantová mechanika se snažila vysvětlit částice, které na Zemi padaly z vesmíru rychlostí 10 000 za minutu na m2. Podstatu těchto částic “kosmického záření” se snažili pochopit skuteční velikáni fyziky. V té době byly známy pouze elektrony, protony, neutrony, fotony a (dosud přímo nezjištěná) neutrina. Předpokládalo se, že tyto částice kosmického záření přicházející na Zemi jsou elektrony.
Problém s tímto (nesprávným) předpokladem spočíval v tom, že “elektrony” pršící na Zemi zřejmě přicházely ve dvou variantách -1. ty, které byly snadno pohlceny bloky olova a které při interakci s olovem vytvářely sekundární spršku elektronů, pozitronů a fotonů, a 2. ty, které byly snadno pohlceny bloky olova a které vytvářely sekundární spršku elektronů, pozitronů a fotonů. ty, které olověnými bloky s přehledem pronikaly.

Kvantová mechanika zpočátku neměla vysvětlení, proč by se elektrony měly chovat oběma těmito způsoby, ale postupně byla teorie upravena (zejména Bethem, Carlsonem, Heitlerem a Oppenheimerem). Našli způsob, jak popsat typ 1 (“elektron”, který se sprchuje v olovu), ale bohužel neměli takové štěstí při hledání vysvětlení pro pronikavé částice typu 2. Teoretičtí fyzikové (kteří se do té doby těšili velkému úspěchu) si zoufali. Oppenheimer, který byl vždycky chlapíkem pro to, aby dodal situaci trochu vážnosti, a který obecně dával přednost poloprázdné sklenici, napsal v roce 1934 svému bratrovi:

Oppenheimer: Jak nepochybně víte, teoretická fyzika – co se strašidelnými přízraky neutrin, kodaňským přesvědčením, navzdory všem důkazům, že kosmické záření jsou protony, Bornovou absolutně nekvantifikovatelnou teorií pole, divergentními potížemi s pozitronem a naprostou nemožností vůbec provést rigorózní výpočet – je v pekle

Rychle byla myšlenka, že pronikající částice jsou protony, zavržena a fyzikální komunita byla postavena před těžkou volbu: Buď nová částice, nebo uznání, že kvantová mechanika je beznadějně chybná. Po určitou dobu (nyní příhodně přehlíženou) se mlžilo a začalo se sotto voce hovořit o možnosti “červených a zelených elektronů” – jeden typ byl pohlcován a druhý pronikal.

Naštěstí inspirativní vývoj nových experimentálních technik týmy v Evropě a USA znamenal, že experimentální pozorování pronikajících částic se zpřesnilo. Tyto experimentální inovace (v kombinaci s novými průlomy v teorii) umožnily interpretaci, která vedla k nevyhnutelné pravdě: pronikající částice byly něco jako elektron, ale podstatně těžší.

Částice původně dostala název “mezotron”. Jak už to ve vědě často bývá, nedošlo k “heuréka okamžiku” objevu, ale k postupnému rozbřesku nového paradigmatu díky práci mnoha lidí, a to jak teoretické, tak experimentální. Andersonovi se dostalo uznání (když už získal Nobelovu cenu za pozorování pozitronu, bylo to asi snazší..), ale byla tu i značná skupina dramatis personae – Bethe, Heitler, Rossi, Neddermeyer, Street, Stevenson, Carlson a Oppenheimer – bez jejichž přispění by “mezotron” nebyl objeven. “Mezotron” byl rychle přejmenován na mion a ukázalo se, že mion není ani červený, ani zelený elektron, protože kdyby to byl jen těžký nebo energetičtější elektron, měl by se rozpadat na elektron a foton, a to nebylo pozorováno. Ukázalo se, že mion je samostatná částice, a tak byl mion (po elektronu) druhou objevenou fundamentální částicí (tj. takovou, která se nezdá být složena z jiných částic). Jeho objev tak předznamenal počátek částicové fyziky jako oboru.

Muony – necítil jsem nic.

Každou vteřinu vám hlavou proletí několik set mionů. Naštěstí jejich nízké energie (a vysoká hmotnost) znamenají, že jsou neškodné. Tyto miony vznikají při srážkách kosmického záření (především protonů vyvrhovaných hvězdami) s atomy v horních vrstvách naší atmosféry. Po jejich objevu bylo pozorováno, že počet těchto mionů klesá s přiblížením k Zemi, a přirozeným (a správným) závěrem bylo, že se nejedná o stabilní částice jako elektron, ale o částice tak trochu letmé (a denní), a že se rozpadají na jiné známější částice (elektrony a neutrina) přibližně za 2 miliontiny sekundy. V té době už bylo známo, jakou hmotnost má elektron, a neutrina byla považována za bezhmotná, takže při pohledu na trajektorii a energii elektronu z rozpadu mionu (nebo při měření času, za který se mion rozpadl) bylo jasné, že mion je tak trochu vepř. Jeho hmotnost byla asi 200krát větší než hmotnost elektronu.

Mion není velký impresário a má poměrně omezený repertoár, který se nejlépe hodí možná pro letmé vystoupení v X-factoru. Za posledních 75 let jsme u něj pozorovali pouze dvě věci: interakci a produkci neutrina nebo rozpad a produkci elektronu a dvou neutrin. Věříme však, že mion bude mít poslední šanci a že je víc než jen dvojsmyslný poník. Mion má v rukávu něco, co nám pomůže pochopit fyziku na energetických škálách daleko za hranicemi LHC. Věříme, že odhalí nový typ fundamentální interakce (kromě těch, které známe (elektromagnetická, gravitační a slabá a silná jaderná interakce), která může pomoci vysvětlit jeden z nejdéle trvajících problémů ve fyzice: jak byla většina antihmoty vytvořené při Velkém třesku zahlcena (nebo dnes pravděpodobně zdisponována) na počátku vesmíru v čase, který je potřebný k uvaření šálku čaje?

Pro pozorování tohoto nového typu interakce (kterou popíšu v budoucnu) plánujeme vyrobit svazek mionů nebývalé intenzity. Po období určitého útlumu je skutečně vzrušující doba pro miony a jejich pronikavé a magnetické vlastnosti se využívají pro řadu aplikací mimo částicovou fyziku. V 60. letech 20. století byly použity k rentgenování pyramid při hledání skrytých komor a nedávný pokrok v detektorech nabitých částic otevřel možnost využít miony kosmického záření k přesnému snímkování velmi velkých objemů (námořních kontejnerů, nákladních vozidel, nádraží atd.) k odhalování bomb, štěpného materiálu nebo věcí, které v noci bouchnou. Miony se využívají ke studiu vlastností nových složených materiálů, které mají potenciál poskytnout nové polovodiče pro elektronický průmysl nebo supravodiče pro pokojovou teplotu s různorodým využitím od levitujících vlaků (mohlo by to být ošemetné na Severní dráze) až po bezeztrátový přenos energie. Nedávno byl svazek mionů vyrobený v britském zařízení ISIS použit k pozorování jevu “magnetricity” ve “spinovém ledu”, což je potenciálně první krok k magnetické verzi elektroniky.

Takže zůstaňte naladěni, miony jsou sice oříšek, ale jejich 15 minut slávy je blízko.

{{#ticker}}

{{horníLevá}}

{{{dolníLevá}}

{{horníPravá}}

{{{dolníPravá}}

{{#goalExceededMarkerPercentage}}

{{/goalExceededMarkerPercentage}}

{{/ticker}}

{{heading}}

{{#paragraphs}}

{{.}}

{{/paragraphs}}{{highlightedText}}

{{#cta}}{{text}}{{/cta}}

Připomeňte mi to v květnu

Budeme vás kontaktovat, abychom vám připomněli, že máte přispět. Zprávu hledejte ve své schránce v květnu 2021. Pokud máte jakékoli dotazy ohledně přispívání, kontaktujte nás.

• Sdílet na Facebooku
• Sdílet na Twitteru
• Sdílet e-mailem
• Sdílet na LinkedIn
• Sdílet na Pinterestu
• Sdílet na WhatsApp
• Sdílet na Messenger

.