Waritrony czyli na tropie tajemnicy jądra atomowego

Przystępując do swoich pierwszych badań promieni kosmicznych bracia Alichanowowie posługiwali się tym właśnie przyrządem.

PIERWSZE PRÓBY

Było to latem 1942 roku na Kaukazie, w Erywaniu, stolicy Armenii.

W tym czasie interesowało Alichanowów zagadnienie, jakich cząstek jest więcej w promieniach kosmicznych — miękkich czy twardych. Rozwiązaniu tego zagadnienia poświęcili właśnie swoje pierwsze próby.

Dlaczego uczeni zainteresowali się przede wszystkim tym właśnie zagadnieniem? Czyżby przypadkowo?

Otóż nie, bynajmniej nie przypadkowo!

Jak już wspominaliśmy, zagadnienie udziału cząstek miękkich i twardych w składzie promieni kosmicznych nie było dotąd dokładnie rozwiązane — wyniki pomiarów różnych uczonych nie zgadzały z sobą. Rozbieżności te uczeni tłumaczyli zazwyczaj błędami pomiarów.

Alichanowowie natomiast wyjaśnili tę niezgodność wyników zupełnie inaczej.

Wysunęli oni śmiałe przypuszczenie, że w promieniach kosmicznych obok elektronów i mezonów występują również jakieś inne mikrocząstki, które w niejednakowy sposób zachowują się w przyrządach różnego typu. Stąd miałyby pochodzić rozbieżności w pomiarach różnych uczonych.

Cóż to za cząstki?

Najrozsądniej było by przypuścić, że cząstki te – są to protony.

Było to bardzo śmiałe przypuszczenie. Należy bowiem pamiętać, że na początku bieżącego dziesięciolecia uczeni byli głęboko przekonani, że w promieniach kosmicznych nie ma innych cząstek poza elektronami, fotonami i mezonami. Za pierwotne cząstki kosmiczne, dochodzące z przestrzeni kosmicznej, przyjmowano wówczas elektrony.

W jaki sposób można było udowodnić lub obalić śmiałe przypuszczenie Alichanowów?

Tylko w jeden sposób: przy pomocy doświadczeń, starannych, dokładnych, przemyślanych doświadczeń.

Doświadczenia te wykonano w Erywaniu.

Pomiary prowadzono przy pomocy liczników. A liczenie cząstek kosmicznych nie było wcale proste: Alichanowowie powinni byli za wszelką cenę uniknąć błędów wywołanych przez dostające się do liczników postronne, „niekosmiczne“ mikroczą-stki. Cząstek zaś takich jest wokół nas bez liku W powietrzu wraz z pyłem unoszą się drobniutkie domieszki ciał promieniotwórczych. Jądra atomowe tych substancji są nietrwałe i rozpadają się, wyrzucając naładowane mikrocząstki. Substancje promieniotwórcze mogą znajdować się na ubraniu uczonego, na stole laboratoryjnym, w samym liczniku… Alichanowowie musieli jakimś sposobem uchronić przed nimi licznik! Ale to jeszcze nie wszystko… W suficie i ścianach pokoju, w meblach i przyrządach nieustannie powstają ulewy cząstek wytwarzane przez elektrony promieni kosmicznych. Alichanowowie nie chcieli bynajmniej liczyć tych ulew w przedmiotach ziemskich. Mało interesowały ich prawnuki i praprawnuki mezonów. Potrzebni im byli tylko najbliżsi krewni pierwotnych cząstek kosmicznych, które dobiegają do nas z bezkresnych głębin wszechświata — tylko te mezony i elektrony, które powstają w powietrzu.

W jaki sposób pozbyć się postronnych cząstek, zagrażających dokładności pomiarów? Można to osiągnąć, jeśli u-żywać się będzie nie jednego licznika, lecz od razu kilku liczników u-mieszczonych obok siebie, na przykład u-mieszczonych w pewnej odległości na jednym pionie. Sygnały od wszystkich liczników należy wówczas po wzmocnieniu doprowadzić do przyrządu radiowego o bardzo pomysłowej budowie. Przyrząd taki powinien reagować na dochodzące doń sygnały tylko wówczas, gdy prąd elektryczny powstaje od razu we wszystkich połączonych z aparatem licznikach. Jeśli natomiast prąd powstaje tylko w jednym liczniku lub w kilku, ale nie we wszystkich od razu, to aparat milczy.

Dzięki temu zaobserwujemy tylko taką cząstkę, która przebiegnie przez wszystkie liczniki z góry na dół, to jest prawdziwą cząstkę promieni kosmicznych. Tylko taka cząstka wywoła sygnały od razu we wszystkich licznikach i będzie zarejestrowana. Postronne natomiast cząstki, dobiegające w różnych momentach czasu to do jednego, to do drugiego licznika, nie będą rejestrowane: układ nie będzie reagował na ich obecność w licznikach. Może się wprawdzie zdarzyć, że mikrocząstki z „bocznej ulewy“ w jakimś przedmiocie dostaną się jednocześnie do wszystkich liczników. Przypadek taki zdarza się jednak bardzo rzadko i daje tylko nieznaczny błąd w pomiarach.

Opisany układ, zwany układem koincydencyjnym, stosowany był przez Alichanowów w ich pierwszych pomiarach w Erywaniu. Sporządzili oni cztery liczniki i umieścili je jeden nad drugim na jednym pionie. Między trzecim i czwartym licznikiem umieścili warstwę ołowiu o grubości 10 cm.
Włókna wszystkich czterech liczników poprzez wzmacniacze połączono w dwa układy koincydencyjne. Jeden z nich dawał sygnał, gdy wyładowanie następowało jednocześnie w trzech górnych licznikach, nie było go zaś w liczniku dolnym, czwartym. Znaczyło to, że przez trzy górne liczniki przebiegła cząstka promieni kosmicznych, która leciała pionowo lub prawie pionowo i ugrzęzła w ołowiu. Sygnał odnosi się tu oczywiście do jakiejś miękkiej cząstki, która nie potrafi przejść przez dziesięciocentymetrową warstwę ołowiu. Drugi układ koincydencyjny reagował wówczas, gdy prąd pojawiał się jednocześnie we wszystkich czterech licznikach. Znaczyło to, że przez liczniki przeszła jakaś twarda cząstka, która przeniknęła przez płytkę ołowianą. Sygnały były liczone przez dwa różne numeratory mechaniczne, z których jeden liczył tylko miękkie cząstki, drugi zaś — twarde.

W czasie swoich prób Alichanowowie naliczyli kilkadziesiąt tysięcy cząstek. Na tej drodze doszli do pierwszych wyników: ilość cząstek miękkich w promieniach kosmicznych stanowi 35% w stosunku do ilości cząstek twardych. Jeśli więc przyjmiemy, że cząstki miękkie są to same elektrony, twarde zaś — mezony, oznacza to, że w promieniach kosmicznych jest trzy razy mniej elektronów niż mezonów, w każdym razie tak jest w Erywaniu.

Czy jednak tylko w Erywaniu? A jeśli takie same pomiary wykonamy w innym mieście, to czy wyniki będą inne?

Dodaj komentarz