În 1900, la scurt timp după descoperirea electronului și a radioactivității, Lord Kelvin a făcut o remarcă celebră:

Nu există nimic nou de descoperit în fizică. Tot ceea ce rămâne este o măsurare din ce în ce mai precisă

Se va dovedi că se înșela cumplit. Descoperirea nucleului și apoi a constituenților săi, protonul și neutronul, a revoluționat viziunea noastră asupra modului în care este alcătuită lumea. Înțelegerea noastră despre lume s-a schimbat de la clasică la cuantică și până în 1933 mecanica cuantică a mers din succes în succes în descrierea observațiilor experimentale. Această evoluție a culminat cu ecuația lui Dirac, care a prezis existența antimateriei, confirmată la scurt timp după aceea prin descoperirea antielectronului (pozitronul). Cu toate acestea, îngâmfarea fizicienilor a fost de scurtă durată. În spatele scenei, totul nu era în regulă. Mecanica cuantică se străduia să ofere o explicație pentru particulele care plouau pe Pământ din cosmos la o rată de 10.000 pe minut pe m2. Un adevărat who’s-who al luminilor fizicii încerca să înțeleagă natura acestor particule “raze cosmice”. Având în vedere că, la acea vreme, singurele particule cunoscute erau electronii, protonii, neutronii, fotonii și (încă nedetectați direct) neutrinii. S-a presupus că aceste particule de raze cosmice care ajungeau pe Pământ erau electroni.
Problema cu această presupunere (greșită) era că “electronii” care plouau pe Pământ păreau să vină în două varietăți -1. cei care erau ușor absorbiți de blocuri de plumb și care creau o ploaie secundară de electroni, pozitroni și fotoni atunci când interacționau cu plumbul și 2. cei care erau absorbiți ușor de blocurile de plumb și care creau o ploaie secundară de electroni, pozitroni și fotoni atunci când interacționau cu plumbul și cei care pătrundeau cu aplomb în blocurile de plumb.

La început, mecanica cuantică nu avea nicio explicație pentru motivul pentru care electronii ar trebui să se comporte în oricare dintre aceste moduri, dar treptat teoria a fost modificată (în special de Bethe, Carlson, Heitler și Oppenheimer). Aceștia au găsit o modalitate de a descrie tipul 1 (“electronul” care făcea duș în plumb), dar, din păcate, nu au avut același noroc în a găsi o explicație pentru particulele penetrante de tip 2. Fizicienii teoreticieni (care se bucuraseră de atât de mult succes până atunci) erau disperați. Oppenheimer, întotdeauna un tip pentru a adăuga un pic de gravitate situației și care, în general, își prefera paharul pe jumătate gol, i-a scris fratelui său în 1934:

Oppenheimer: nicotina a alimentat mecanica cuantică

După cum știți, fără îndoială, fizica teoretică – cu fantomele obsedante ale neutrinilor, convingerea de la Copenhaga, împotriva tuturor dovezilor, că razele cosmice sunt protoni, teoria câmpului absolut necuantizabilă a lui Born, dificultățile de divergență cu pozitronul și imposibilitatea absolută de a face un calcul riguros de tot – este într-un mod infernal

În scurt timp, ideea că particulele penetrante erau protoni a fost respinsă, iar comunitatea de fizicieni a fost pusă în fața unei alegeri dureroase: o nouă particulă sau acceptarea faptului că mecanica cuantică era iremediabil greșită. Pentru o perioadă de timp (acum, în mod convenabil trecută cu vederea), ei au tergiversat problema și au început să vorbească sotto voce despre posibilitatea existenței unor “electroni roșii și verzi” – un tip fiind absorbit și celălalt penetrant.

Din fericire, dezvoltarea inspirată a unor noi tehnici experimentale de către echipe din Europa și SUA a făcut ca observațiile experimentale ale particulelor penetrante să devină mai precise. Aceste inovații experimentale (combinate cu noi descoperiri în teorie) au permis o interpretare care a condus la adevărul inevitabil: particulele penetrante erau ceva asemănător cu un electron, dar semnificativ mai grele.

Particula a primit inițial numele de “mezotron”. Așa cum se întâmplă adesea în știință, nu a existat un “moment Eureka” al descoperirii, ci o apariție treptată a unei noi paradigme prin munca multor oameni, atât teoretică, cât și experimentală. Anderson a primit creditul (după ce obținuse deja Premiul Nobel pentru observarea pozitronului, probabil că a fost mai ușor de vândut…), dar a existat un număr considerabil de “dramatis personae” – Bethe, Heitler, Rossi, Neddermeyer, Street, Stevenson, Carlson și Oppenheimer – fără contribuția cărora “mezotronul” nu ar fi fost descoperit. “Mezotronul” a fost rapid redenumit muon și a devenit clar că muonul nu era un electron roșu sau verde, deoarece, dacă ar fi fost doar un electron greu sau un electron mai energetic, ar fi trebuit să se dezintegreze într-un electron și un foton, iar acest lucru nu a fost observat. Muonul părea a fi o particulă distinctă și astfel muonul (după electron) a fost a doua particulă fundamentală (adică una care nu pare a fi formată din alte particule) descoperită. Descoperirea sa a anunțat astfel începutul fizicii particulelor ca disciplină.

Muoni – nu am simțit nimic.

Îți trec prin cap câteva sute de muoni în fiecare minut secundar. Din fericire, energiile lor scăzute (și masa mare) înseamnă că sunt inofensivi. Acești muoni provin din coliziunile razelor cosmice (în principal protoni scuipați de stele) cu atomii din atmosfera noastră superioară. După descoperirea lor, s-a observat că numărul acestor muoni scade pe măsură ce te apropii de Pământ, iar concluzia firească (și corectă) a fost că nu sunt particule stabile precum electronul, ci un pic zburătoare (și ziua), și că se dezintegrează în alte particule mai familiare (electroni și neutrini) în aproximativ 2 milionimi de secundă. În acest moment se știa care era masa electronului, iar neutrinii se presupunea că nu au masă, așa că, analizând traiectoria și energia electronului în urma dezintegrării muonului (sau măsurând timpul necesar dezintegrării muonului), a devenit clar că muonul era un fel de porc. Acesta cântărea de aproximativ 200 de ori masa electronului.

Muonul nu este un mare impresar și are un repertoriu destul de restrâns, mai potrivit poate pentru o apariție trecătoare la X-factor. În ultimii 75 de ani am observat că face doar două lucruri: interacționează și produce un neutrino sau se dezintegrează și produce un electron și doi neutrini. Cu toate acestea, credem că muonul va fi cel care va râde la urmă și că este mai mult decât un ponei cu două trucuri. Muonul are un as în mânecă care ne va ajuta să înțelegem fizica la scări energetice mult dincolo de LHC. Mai precis, credem că va dezvălui un nou tip de interacțiune fundamentală (în plus față de cele pe care le cunoaștem – interacțiunile electromagnetică, gravitațională, nucleară slabă și puternică), care poate ajuta la explicarea uneia dintre cele mai vechi probleme din fizică: cum a fost adunată majoritatea antimateriei create în Big Bang (sau, în zilele noastre, probabil distrusă) la începutul Universului, în timpul necesar pentru a face o ceașcă de ceai?

Planificăm să producem un fascicul de muoni de o intensitate de neegalat pentru a observa acest nou tip de interacțiune (pe care îl voi descrie în viitor). Într-adevăr, după o perioadă un pic mai leneșă, acesta este un moment interesant pentru a fi un muon, iar proprietățile lor penetrante și magnetice sunt exploatate pentru o serie de aplicații dincolo de fizica particulelor. Aceștia au fost folosiți în anii 1960 la radiografierea piramidelor pentru a căuta camere ascunse, iar progresele recente în materie de detectoare de particule încărcate au deschis posibilitatea de a utiliza muoni cu raze cosmice pentru a obține imagini precise ale unor volume foarte mari (containere maritime, vehicule de marfă, gări etc.) pentru a detecta bombe, materiale fisionabile sau lucruri care fac bubuituri în timpul nopții. Muonii sunt utilizați pentru a studia proprietățile unor noi materiale compuse care au potențialul de a furniza noi semiconductori pentru industria electronică sau supraconductori la temperatura camerei, cu o diversitate de aplicații, de la trenuri în levitație (ar putea fi complicat pe Linia de Nord) până la transmisia de energie fără pierderi. Recent, un fascicul de muoni produs la instalația ISIS din Marea Britanie a fost folosit pentru a observa fenomenul de “magnetricitate” în “spin-ice”, ceea ce ar putea fi primul pas spre o versiune magnetică a electronicii.

Deci, rămâneți pe recepție, muonul este un obstacol, dar cele 15 minute de faimă ale sale sunt aproape.

{{{#ticker}}

{{topLeft}}

{{bottomLeft}}

{{topRight}}

{{bottomRight}}

.

{{#goalExceededMarkerPercentage}}

{{/goalExceededMarkerPercentage}}

{{/ticker}}

{{heading}}

{{#paragraphs}}

{{.}}}

{{{/paragrafe}}{{{highlightedText}}

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

Amintiți-mi în mai

• Share on Facebook
• Share on Twitter
• Share via Email
• Share on LinkedIn
• Share on Pinterest
• Share on WhatsApp
• Share on Messenger

.