1900-ban, nem sokkal az elektron és a radioaktivitás felfedezése után Lord Kelvin híres megjegyzése volt:

A fizikában nincs semmi új felfedezni való. Már csak az egyre pontosabb és pontosabb mérés van hátra

Majd szörnyen tévedett. Az atommag, majd alkotóelemei, a proton és a neutron felfedezése forradalmasította a világról alkotott képünket. A világról alkotott képünk a klasszikusról a kvantumra változott, és 1933-ig a kvantummechanika sikerről sikerre haladt a kísérleti megfigyelések leírásában. Ez a Dirac-egyenletben csúcsosodott ki, amely megjósolta az antianyag létezését, amit nem sokkal később az antielektron (a pozitron) felfedezése is megerősített. A fizikusok önelégültsége azonban rövid életű volt. A színfalak mögött nem volt minden rendben. A kvantummechanika azon fáradozott, hogy magyarázatot adjon a kozmoszból a Földre percenként és négyzetméterenként 10 000 részecskére zúduló részecskékre. A fizika kiválóságai közül egy igazi “ki kicsoda” próbálta megérteni ezeknek a “kozmikus sugárzású” részecskéknek a természetét. Mivel akkoriban az egyetlen ismert részecskék az elektronok, protonok, neutronok, fotonok és (még közvetlenül nem észlelt) neutrínók voltak. Feltételezték, hogy ezek a Földre érkező kozmikus sugárzású részecskék elektronok.
A probléma ezzel a (téves) feltételezéssel az volt, hogy a Földre zúduló “elektronok” úgy tűnt, hogy két fajtája van -1. olyanok, amelyeket az ólomtömbök könnyen elnyeltek, és amelyek az ólommal kölcsönhatásba lépve elektronok, pozitronok és fotonok másodlagos záporát hozták létre, és 2. olyanok, amelyek az ólommal kölcsönhatásba lépve elektronokat, pozitronokat és fotonokat hoztak létre.

A kvantummechanikának eleinte nem volt magyarázata arra, hogy az elektronok miért viselkednek így vagy úgy, de fokozatosan módosították az elméletet (nevezetesen Bethe, Carlson, Heitler és Oppenheimer által). Megtalálták a módját az 1. típus (az ólomban záporozó “elektron”) leírásának, de sajnos a 2. típusú áthatoló részecskékre nem volt ekkora szerencséjük magyarázatot találni. Az elméleti fizikusok (akik addig oly sok sikernek örvendtek) kétségbeestek. Oppenheimer, aki mindig is egy kis komolyságot akart adni a helyzetnek, és aki általában jobban szerette a félig üres poharat, 1934-ben a bátyjának írt:

Oppenheimer:

Amint azt kétségtelenül tudja, az elméleti fizika – a neutrínók kísértő szellemeivel, a koppenhágai meggyőződéssel, hogy a kozmikus sugárzás minden bizonyíték ellenére protonok, Born abszolút kvantálhatatlan mezőelméletével, a pozitronnal kapcsolatos eltérési nehézségekkel és azzal a teljes képtelenséggel, hogy egyáltalán szigorú számításokat lehessen végezni – pokolian

Rövidesen elvetették azt az elképzelést, hogy a behatoló részecskék protonok, és a fizikusközösség kemény választás elé került: Egy új részecske vagy annak elfogadása, hogy a kvantummechanika reménytelenül hibás. Egy ideig (amit ma már kényelmesen figyelmen kívül hagytak) elferdítették a kérdést, és szentenciaszerűen “vörös és zöld elektronok” lehetőségéről kezdtek beszélni – az egyik típus elnyelődik, a másik pedig áthatol.

Szerencsére az európai és amerikai csoportok által inspirált új kísérleti technikák kifejlesztése azt jelentette, hogy az áthatoló részecskék kísérleti megfigyelései egyre pontosabbá váltak. Ezek a kísérleti újítások (az elméletben elért új áttörésekkel együtt) olyan értelmezést tettek lehetővé, amely elvezetett a kikerülhetetlen igazsághoz: az áthatoló részecskék valami olyasmi voltak, mint az elektron, csak lényegesen nehezebbek.

A részecske eredetileg a “mezotron” nevet kapta. Mint a tudományban gyakran, itt sem egy “heuréka pillanat” volt a felfedezés, hanem egy új paradigma fokozatos felvirradása, sok ember elméleti és kísérleti munkája révén. Anderson kapta az elismerést (mivel már Nobel-díjat kapott a pozitron megfigyeléséért, valószínűleg könnyebben eladható volt…), de volt egy jelentős drámai személyiség – Bethe, Heitler, Rossi, Neddermeyer, Street, Stevenson, Carlson és Oppenheimer -, akiknek a hozzájárulása nélkül a “mezotront” nem fedezték volna fel. A “mezotront” gyorsan átnevezték müonná, és világossá vált, hogy a müon nem vörös vagy zöld elektron, hiszen ha csak egy nehéz vagy egy energikusabb elektron lenne, akkor egy elektronra és egy fotonra kellene bomlania, és ezt nem figyelték meg. A müon önálló, különálló részecskének tűnt, és így a müon (az elektron után) a második olyan alapvető részecske volt (vagyis olyan, amely látszólag nem más részecskékből áll), amelyet felfedeztek. Felfedezése így a részecskefizika mint tantárgy kezdetét jelentette.

Muonok – nem éreztem semmit.

Minden második percben több száz müon megy át a fejeden. Szerencsére alacsony energiájuk (és nagy tömegük) miatt ártalmatlanok. Ezek a müonok a kozmikus sugárzás (elsősorban a csillagok által kibocsátott protonok) és a felső légkörünkben lévő atomok ütközéséből származnak. Felfedezésük után megfigyelték, hogy ezeknek a müonoknak a száma a Földhöz közeledve csökken, és a természetes (és helyes) következtetés az volt, hogy ezek nem olyan stabil részecskék, mint az elektron, hanem kicsit röpködnek (és nappal), és kb. 2 milliomod másodperc alatt bomlanak szét más, ismertebb részecskékre (elektronokra és neutrínókra). Ekkor már tudták, hogy mekkora az elektron tömege, a neutrínókról pedig azt feltételezték, hogy tömeg nélküliek, így a müon bomlásából származó elektron pályáját és energiáját vizsgálva (vagy a müon bomlásához szükséges időt mérve) világossá vált, hogy a müon egy kicsit disznófejű. A tömege körülbelül 200-szorosa az elektron tömegének.

A müon nem egy nagy impresszárió, és meglehetősen korlátozott repertoárral rendelkezik, ami leginkább talán egy futó szereplésre alkalmas az X-faktorban. Az elmúlt 75 évben csak két dolgot figyeltünk meg tőle: kölcsönhatásba lép és neutrínót hoz létre, vagy bomlik és egy elektront és két neutrínót hoz létre. De úgy gondoljuk, hogy a müon nevet utoljára, és több, mint egy két trükkös póni. A müon tartogat valamit a tarsolyában, ami segít majd megérteni a fizikát az LHC-t jóval meghaladó energiaméretekben. Úgy véljük, hogy egy új típusú alapvető kölcsönhatást fog felfedni (az általunk ismerteken (elektromágneses, gravitációs, gyenge és erős nukleáris kölcsönhatás) kívül), amely segíthet megmagyarázni a fizika egyik leghosszabb ideje fennálló problémáját: hogyan porszívózódott fel (vagy manapság feltehetően dizonálódott fel) az ősrobbanáskor keletkezett antianyag nagy része az Univerzum kezdetén, annyi idő alatt, amennyi egy csésze tea elkészítéséhez szükséges?

Egy páratlan intenzitású müonnyaláb előállítását tervezzük, hogy megfigyelhessük ezt az új típusú kölcsönhatást (amit a későbbiekben leírok). Valóban, egy kis szünet után ez egy izgalmas időszak a müonok számára, és átható és mágneses tulajdonságaikat a részecskefizikán túli alkalmazások széles skáláján hasznosítják. Az 1960-as években a piramisok röntgensugaras átvilágítására használták őket, hogy rejtett kamrákat keressenek, és a töltött részecskék detektoraiban elért legújabb fejlesztések lehetővé tették a kozmikus sugárzású müonok felhasználását nagyon nagy térfogatok (tengeri konténerek, teherszállító járművek, vasútállomások stb.) pontos leképezésére, bombák, hasadóanyagok vagy az éjszaka felrobbanó dolgok felderítésére. A müonokat olyan új összetett anyagok tulajdonságainak tanulmányozására használják, amelyek új félvezetőkkel szolgálhatnak az elektronikai ipar számára, illetve szobahőmérsékletű szupravezetőkkel, amelyeknek a lebegő vonatoktól kezdve (ami az északi vonalon trükkös lehet) a veszteségmentes energiaátvitelig sokféle alkalmazásuk lehet. Nemrégiben az Egyesült Királyság ISIS létesítményében előállított müonnyalábot arra használták, hogy megfigyeljék a “mágnesesség” jelenségét a “spin-jégben”, ami potenciálisan az első lépés az elektronika mágneses változata felé.

Szóval maradjanak velünk, a müon még csak lassú, de a 15 perc hírneve már közeleg.

{{#ticker}}

{{{topLeft}}

{{{bottomLeft}}}

{{{topRight}}

{{bottomRight}}

{{#goalExceededMarkerPercentage}}

{{/goalExceededMarkerPercentage}}

{{/ticker}}

{{heading}}

{{#paragraphs}}

{{.}}}

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

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

Májusban emlékezz rám

• Megosztás a Facebookon
• Megosztás a Twitteren
• Megosztás e-mailben
• Megosztás a LinkedInen
• Megosztás a Pinteresten
• Megosztás a WhatsAppon
• Megosztás a Messengeren