I 1900, kort efter at elektronerne og radioaktiviteten var blevet opdaget, bemærkede Lord Kelvin som bekendt:

Der er intet nyt at opdage i fysikken. Det eneste, der er tilbage, er mere og mere præcise målinger

Der ville blive bevist, at han tog grueligt fejl. Opdagelsen af kernen og derefter dens bestanddele, protonen og neutronen, revolutionerede vores opfattelse af, hvad verden var lavet af. Vores forståelse af verden ændrede sig fra den klassiske til kvantemekanikken, og frem til 1933 gik kvantemekanikken fra succes til succes med hensyn til at beskrive eksperimentelle observationer. Dette kulminerede med Dirac-ligningen, som forudsagde eksistensen af antistof, hvilket kort efter blev bekræftet af opdagelsen af anti-elektronen (positronen). Fysikernes selvtilfredshed var dog kortvarig. Bag kulisserne var alt ikke i orden. Kvantemekanikken havde svært ved at give en forklaring på de partikler, der regnede ned på jorden fra kosmos med en hastighed på 10.000 pr. minut pr. m2. En veritabel skare af fysikkoryfæer forsøgte at forstå karakteren af disse “kosmiske strålepartikler”. Da de eneste kendte partikler på det tidspunkt var elektroner, protoner, neutroner, fotoner og (endnu ikke direkte påvist) neutrinos. Man antog, at disse kosmiske strålepartikler, der ankom til jorden, var elektroner.
Problemet med denne (forkerte) antagelse var, at de “elektroner”, der regnede ned på jorden, syntes at komme i to varianter -1. Dem, der let blev absorberet af blyblokke, og som skabte en sekundær regn af elektroner, positroner og fotoner, når de vekselvirkede med blyet, og 2. Dem, der blev absorberet af blyblokke, og som skabte en sekundær regn af elektroner, positroner og fotoner, når de vekselvirkede med blyet. De, der gennemtrængte blyklodserne med lethed.

I begyndelsen havde kvantemekanikken ingen forklaring på, hvorfor elektroner skulle opføre sig på nogen af disse to måder, men efterhånden blev teorien ændret (især af Bethe, Carlson, Heitler og Oppenheimer). De fandt en måde at beskrive type 1 (den “elektron”, der bruser i bly), men desværre havde de ikke samme held med at finde en forklaring på de gennemtrængende partikler af type 2. Teoretiske fysikere (som indtil da havde haft så stor succes) var fortvivlede. Oppenheimer, der altid var en fyr for at tilføje en smule tyngde til situationen, og som generelt foretrak sit glas halvtomt, skrev i 1934 til sin bror:

Oppenheimer: Som du utvivlsomt ved, er den teoretiske fysik – med de hjemsøgende spøgelser fra neutrinoer, den københavnske overbevisning mod alle beviser om, at kosmiske stråler er protoner, Borns absolut ukvantiserbare feltteori – en af de mest populære teorier i verden, divergensvanskelighederne med positronen og den totale umulighed af overhovedet at lave en stringent beregning – er i et helvede

Snart blev ideen om, at de gennemtrængende partikler var protoner, afvist, og fysikfaget blev stillet over for et skarpt valg: en ny partikel eller at acceptere, at kvantemekanikken var håbløst fejlbehæftet. I en periode (som nu belejligt nok er blevet overset) undgik man spørgsmålet og begyndte at tale sotto voce om muligheden af “røde og grønne elektroner” – den ene type absorberes og den anden trænger ind.

Godt nok betød den inspirerede udvikling af nye eksperimentelle teknikker af hold i Europa og USA, at de eksperimentelle observationer af de gennemtrængende partikler blev mere præcise. Disse eksperimentelle nyskabelser (kombineret med nye gennembrud i teorien) tillod en fortolkning, der førte til den uomgængelige sandhed: de penetrerende partikler var noget i retning af en elektron, men betydeligt tungere.

Partiklen fik oprindeligt navnet “mesotron”. Som det ofte er tilfældet inden for videnskaben, var der ikke tale om et “Eureka-øjeblik” med en opdagelse, men om et gradvist gryende nyt paradigme gennem mange menneskers arbejde, både teoretisk og eksperimentelt. Anderson fik æren (da han allerede havde fået en Nobelpris for at observere positronen, var det nok nemmere at sælge den), men der var en lang række dramatis personae – Bethe, Heitler, Rossi, Neddermeyer, Street, Stevenson, Carlson og Oppenheimer – uden hvis bidrag ville “mesotronen” ikke være blevet opdaget. “Mesotronen” blev hurtigt omdøbt til myon, og det blev klart, at myonen ikke var en rød eller grøn elektron, for hvis den blot var en tung eller en mere energirig elektron, skulle den henfalde til en elektron og en foton, og det blev ikke observeret. Myonen viste sig at være sin egen særskilte partikel, og derfor var myonen (efter elektronen) den anden fundamentale partikel (dvs. en partikel, der ikke synes at være lavet af andre partikler), der blev opdaget. Dens opdagelse var således indvarslede starten på partikelfysikken som fag.

Muoner – jeg følte ingenting.

Der er flere hundrede muoner, der går gennem dit hoved hvert andet minut. Heldigvis betyder deres lave energier (og høje masse), at de er ufarlige. Disse myoner stammer fra kollisioner mellem kosmisk stråling (primært protoner, der spyttes ud af stjerner) og atomerne i vores øvre atmosfære. Efter deres opdagelse blev det observeret, at antallet af disse myoner faldt, efterhånden som man kom tættere på jorden, og den naturlige (og korrekte) konklusion var, at de ikke var stabile partikler som elektronen, men lidt flyvende (og dagligt), og at de henfaldt til andre mere velkendte partikler (elektroner og neutrinoer) på ca. 2 milliontedele af et sekund. På dette tidspunkt vidste man, hvad elektronens masse var, og man antog, at neutrinoer var masseløse, så ved at se på elektronens bane og energi fra myonens henfald (eller ved at måle den tid, det tog for myonen at henfalde) blev det klart, at myonen var lidt af et svin. Den vejede omkring 200 gange elektronens masse.

Muonen er ikke en stor impresario og har et ret begrænset repertoire, der måske egner sig bedst til en flygtig optræden i X-factor. I de sidste 75 år har vi kun observeret den gøre to ting: interagere og producere en neutrino eller henfalde og producere en elektron og to neutrinos. Men vi tror, at myonen vil få det sidste ord med på vejen og er mere end en to-tredje pony. Myonen har noget i ærmet, som vil hjælpe os med at forstå fysik på energiskalaer langt ud over LHC’s. Vi mener især, at den vil afsløre en ny type grundlæggende vekselvirkning (ud over dem, vi kender (elektromagnetisk, gravitationel og svag og stærk nuklear vekselvirkning), som kan bidrage til at forklare et af de længstvarende problemer i fysikken: hvordan blev størstedelen af den antistof, der blev skabt i Big Bang, ophovet (eller formentlig Dysoned-up nu om dage) i universets begyndelse på den tid, det tager at lave en kop te?

Vi planlægger at producere en stråle af myoner af uovertruffen intensitet for at observere denne nye type vekselvirkning (som jeg vil beskrive i fremtiden). Efter en lidt slap periode er det faktisk en spændende tid at være en myon, og deres gennemtrængende og magnetiske egenskaber udnyttes til en række anvendelser uden for partikelfysikken. De blev i 1960’erne brugt til at røntgenfotografere pyramiderne for at finde skjulte kamre, og de seneste fremskridt inden for detektorer for ladede partikler har åbnet mulighed for at udnytte myoner med kosmisk stråling til præcist at afbilde meget store mængder (skibscontainere, fragtbiler, togstationer osv.) for at opdage bomber, fissilt materiale eller ting, der går bang i natten. Muoner bruges til at undersøge egenskaberne af nye sammensatte materialer, der har potentiale til at levere nye halvledere til elektronikindustrien eller rumtemperatur-supraledere med en lang række anvendelsesmuligheder, lige fra svævende tog (kunne være vanskeligt på Northern Line) til tabsfri kraftoverførsel. For nylig blev en myonstråle produceret på det britiske ISIS-anlæg brugt til at observere fænomenet “magnetricitet” i “spin-is”, hvilket potentielt er det første skridt i retning af en magnetisk udgave af elektronik.

Så bliv ved med at følge med, myonen er en sløver, men dens 15 minutters berømmelse er nært forestående.

{{#ticker}}

{{topLeft}}

{{bottomLeft}}

{{topRight}}

{{{bottomRight}}}

{{#goalExceededMarkerPercentage}}

{{/goalExceededMarkerPercentage}}

{{/ticker}}

{{heading}}

{{#paragraphs}}

{{.}}

{{/paragraphs}}}{{highlightedText}}

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

Remind mig i maj

• Del på Facebook
• Del på Twitter
• Del via e-mail
• Del på LinkedIn
• Del på Pinterest
• Del på WhatsApp
• Del på Messenger