Neutrinók és kozmikus sugarak nyomában
2002/10/12 08:00
2205 megtekintés
A cikk lejárt! Valószínű, hogy már nem aktuális információkat tartalmaz!
A fizikai Nobel-díjat idén elnyerő tudósok a világegyetemből érkező parányi elemek tulajdonságainak feltárásával jelentős mértékben hozzájárultak a Nap, a csillagok, a galaxisok és a szupernovák alaposabb megismeréséhez.

Kosiba Maszatosi, Raymond Davis és Riccardo Giacconi nyerték el az idei fizikai Nobel-díjat

Sugárözönben élünk, a Földet kozmikus részecskék folyamatos árama éri. Vannak közöttük olyanok, amelyeket láthatunk is, azonban van olyan részecske, amely úgy halad át testünkön, hogy észre sem vesszük. Az idei díjazottak a világegyetemből érkező parányi elemek tulajdonságainak feltárásával jelentős mértékben hozzájárultak a Nap, a csillagok, a galaxisok és a szupernovák alaposabb megismeréséhez.

Kosiba Maszatosi, a Tokiói Egyetem munkatársa, a kozmikus neutrinók kutatásában elért eredményeiért kapta az elismerést. Az általa vezetett kutatócsoport a híres Kamiokande nevű detektor segítségével 1987. február 23-án egy szupernova-robbanásból származó neutrinókat fogott be.
Raymond Davis Jr. a Pennsylvaniai Egyetem munkatársa a kozmikus neutrinók kutatásában elért eredményeiért kapta az elismerést. Az általa létrehozott speciális detektorral 30 év alatt két ezer Napból jövő neutrinót fogott be.
Riccardo Giacconi, a washingtoni Associated Universities Inc. kutatója úttörő jellegű, a kozmikus röntgensugárzás felfedezéséhez vezető vizsgálataival érdemelte ki a világ legmagasabb szintű tudományos díját. A röntgensugár-asztronómia megalapítója. Elsőként mutatta ki röntgensugárzás forrását a Naprendszeren kívül.

A ravasz neutrinó

Az atom magját alkotó protonokat és neutronokat mindenki ismeri, de az atom külső burkát alkotó elektronok is ismertek mindenki számára. A fizikusok ezeken a részecskéken túl egész sor más részecskét fedeztek fel, ezek a részecskék azonban nem állandó részei az atommagnak.

Már a béta-bomlás kezdeti vizsgálatai során is azt tapasztalták, hogy valami nincs rendben a bomláshoz tartozó energiamérleggel. Az alfa-bomlástól eltérően -ahol a távozó alfa-részecske az illető elemre jellemző, jól meghatározott mennyiségű energiát visz magával - a béta-részecskék által magukkal vitt energia értéke a nullától egészen nagy energiaértékekig terjed. Az energiaértékek ilyen nagy mértékű szórása miatt feltételezték, hogy lennie kell valamilyen részecskének, amely a magból az elektronnal távozik, és amely magával viszi az elveszettnek hitt energiamennyiséget. A béta-bomlás során az elektromos töltés mérleggel nincs baj, a keresett részecskének semleges töltésűnek kell lennie, tömege pedig a sejtések szerint kisebb az elektron tömegénél.

Enrico Fermi, aki olasz volt, a részecskének a neutrino, vagyis "kis semleges" nevet adta. A neutrinó tömege kicsi, töltése pedig semleges, így játszi könnyedséggel hatol át akár a legvastagabb betonfalon is. Egyes számítások szerint csak néhány fényév vastagságú ólomréteg tudná a neutrinó sugárzás intenzitását a felére csökkenteni. Nagyon ügyes részecskék, hiszen gyorsan eltűnnek a fizikusok szeme és detektorai elől, magukkal víve természetesen lendületüket, energiájukat, és meglehetősen nagy hiányt hagyva az energiamérlegben.

Ennek ellenére kísérleti bizonyítékot is találtak a neutrinó létezésére. A berillium egyik nem stabil izotópja, a - ezt mesterségesen elő lehet állítani - gyakran emittál egy pozitív elektront, miközben ő maga stabil lítiumizotóppá ( ) alakul át, a következő egyenlet szerint:

(v jelöli a neutrinót).

Időnként viszont a fenti reakció szerint az történik, hogy a mag az atom belső (K) elektronhéjáról befog egy elektront, és így alakul át maggá:

Egy negatív töltés hozzáadása a maghoz ugyanaz, mintha az elvesztene egy pozitív töltést. Mi is történik az eredetileg nem stabil atommaghoz tartozó elektron befogása után? Egy neutrinó emittálása, és annak a magnak a visszalökődése (hiszen itt is igaz a lendület megmaradás törvénye!), amelyből a neutrinó kirepült. A hasonló kísérleteket ködkamrában vizsgálják a fizikusok. A neutrinó viszont nem hagy nyomot a ködkamrában, csak azt lehet látni, hogy a atom, minden látható ok nélkül visszalökődik. Ezt a jelenséget meg is figyelték, és így ez volt az első közvetett bizonyíték, amely a neutrinó létezését alátámasztotta. Addig, amíg el nem tudták fogni a neutrinót, nem volt teljes bizonyíték a neutrinó-hipotézisre.

1955-ben mégis sikerült néhányat foglyul ejteni, és ezzel véget is értek a viták a neutrinó létezését illetően. Reines és Cowan a Los Alamos-i kutató laboratóriumban azt a neutrinók és protonok közötti ütközést használta fel, amelynél a neutrinó közreműködésével pozitív elektron képződik, míg a proton neutronná alakul át:

A két kutató egy atomreaktor közelében építette meg azt a berendezést, amely olyan részecskeszámláló, mely neutronok és elektronok kimutatására egyaránt képes. A reaktor működése közben, a lejátszódó magreakciók hatására nagyon sok neutrinó keletkezett, és ezek áthatoltak azon a vastag, nehéz falon, amely minden egyéb sugárzást visszatartott. Annak, hogy az említett reakció lejátszódjon, az esélye: viszont, ha tényleg lejátszódik, akkor mindenképpen egyszerre keletkezik egy neutrinó, és egy pozitron. Az elfoghatatlannak vélt neutrinót végül sikerült csapdába ejteni.

Super-Kamiokande

Ez a különleges mérőeszköz Japánban, egy hegy belsejében van. 40 m átmérőjű és magasságú függőleges hengeres tartály, feltöltve igen tiszta vízzel. A henger palástján és alsó ill. felső síklapján egyenletesen kb. 11 ezer fényérzékelő van elhelyezve. Ha jönnek a neutrinók (a Napból, egy távoli szupernova robbanásból vagy a párszáz kilométerre odébb lévő mesterséges neutrinó forrásból stb.), átszelve a Földet, némelyikük nagy ritkán kölcsönhatásba lép a tartály vízével. Ez gyenge fényfelvillanást hoz létre, amit milliószorosra erősítve mérnek a fényérzékelők. Oldalról, felülről "belelátunk" a hengerbe. A gyenge felvillanásra nem jelző fényérzékelők szürke pöttyök. A színes foltok jelzik a működésbe lépett érzékelőket. Minél nagyobb a folt, annál intenzívebb volt a fény (nyilván ezen túl a perspektíva miatt a messzebb lévő foltok kisebbek). - A színek az időbeli késleltetést jelzik. Általában a leghamarabb működésbe lépett érzékelő a lila, majd a vörös, majd a narancs stb. színt kapta. A különbség igen kicsi, pár száz nanoszekundum a legkorábbi és legkésőbbi között. Oldalt időbeli eloszlást látunk. Minél hosszabb a csík, annál több érzékelő mért a színnek megfelelő késleltetéssel. A gömbszerű vagy egyéb jellegű fényfelvillanások és a henger általában kört vagy ellipszist metsz ki.

A képek, leszámítva különleges eredetüket, vizuális élménynek sem rosszak, főként nagyobb méretben.

Az eredeti képek itt találhatóak.

Források:

Csatlakozz hozzánk!

Kapcsolódó oldalak

Scientix A természettudományos oktatás közössége
All you need is code Minden a kódolás tanulásáról
Go Lab Laboratóriumok online
CodeWeek A Kódolás Hetének honlapja
Jövő osztályterme Modern tanulási környezetekről a Sulineten

Csoportot ajánlunk