Új Szó - Vasárnap, 1981. július-december (14. évfolyam, 26-52. szám)
1981-11-29 / 47. szám
F > > TUDOMÁNY TECHNIKA A megfigyelő csillagászat atyja, Galileo Galilei mondotta a következőket a kísérleti tudományok feladatáról: „Mérd meg, ami megmérhető, és tedd megmérhetővé, ami nem mérhető". Ennek a mondásnak a bölcsessége különösen érvényesül a csillagászat és a részecskefizika területén. Míg a csillagászatban a hatalmas távolságok, addig a részcskefizika világában a túl kis méretarányok teszik lehetetlenné a közvetlen méréseket. Szándékosan említettem ezt a két tudományágat, melyek látszólag teljesen ellentétes területeket foglalnak magukba, mégis egyre több szál tartja őket össze, egyre több olyan felfedezés lát napvilágot mindkét területen, melynek felhasználhatósága a másik fél részére is nagy előrelépést jelent. Egy ilyen felfedezésről adtak számot a részecskefizikusok a múlt év tavaszán. Ez a magfizika szőkébben vett tudományterületén történt, mégis alapjaiban változtathatja meg a csillagászatban a világegyetem szerkezetéről alkotott eddigi elképzeléseinket. Sikerült ugyanis kimutatni különböző és független kísérletekkel a neutrínó nyugalmi tömegét. A legnagyobb pontosságú mérést a Szovjetunió Elméleti Fizikai Kutatóintézetében V. A. Ljubimov és csoportja végezte. Hat éven át tartott, míg a triciumhidrogén hármas tömegszámú izotópja bétabomlásakor felszabaduló elektronok energiaeloszlásának tanulmányozásával felfedezték, hogy a bomláskor egy hármas tömegszámú héliummag, egy elektron és egy antineutrínó keletkezik, a felszabaduló 18,6 keV energián pedig az elektron és az antineutrínó osztozik. Ha tehát megmérjük az elektronok energiaeloszlását, elvileg megállapítható, hogy az a teljes energiafelszabadulás nagyságáig terjed-e, vagy valamivel hamarabb befejeződik: ekkor a hiányzó energia a neutrínó nyugalmi tömegének előállítására használódik. A kísérlet rendkívüli gondosságot igényel, bár nem szükségesek hozzá drága és nagy berendezések. De mielőtt folytatnánk a felfedezés jelentőségének tárgyalásával, ismerkedjünk meg először ezzel a különös részecskével. 1930-ban Pauli a béta bomlásnál az elektronok energiaspektrumát vizsgálva arra a fölismerésre jutott, hogy ezen folyamat alkalmával nemcsak elektronok keletkeznek, hanem a műszerek által nem regisztrálható neutrális részecskék is. Két évvel később Enrico Fenni ezt a részecskét neutrínónak nevezte el. Sokáig ezt a részecskét nem létező fantasztikumnak tartották, csak 1956-ban sikerült a fizikusoknak kimutatniuk. A neutrínó felfedezése az emberi megismerés diadalaként vonult be a fizika történetébe, hiszen ennek a részecskének az anyaggal való kölcsönhatási valószínűsége hihetetlenül kicsi (a hatáskeresztmetszet 10'43 cm2 nagyság- rendű). Maga Pauli, aki feltételezte ennek a részecskének a létét, így vélekedett: ,, Borzasztó dolgot cselekedtem, olyant, amit egy elméleti fizikusnak soha nem lenne szabad tennie. Olyat javasoltam, amit sohasem lehet kísérletileg igazolni.“ A fizika fejlődése azonban rácáfolt Pauli pesszimizmusára, s azóta már mintegy 6 nagyméretű neutrínódetektor áll a neutrínó kutatásokat végzők rendelkezésére. Rohamos fejlődésnek indult a neutrínófizika, aktuálissá vált annak a kérdésnek a megvizsgálása is, hogy valóban nulla-e a neutrínó tömege, vagy mégis rendelkezik valamilyen véges kis tömeggel. Különösen a Napból származó neutrínók kutatása vált érdekes munkaterületté a részecskefizikusok számára. Megállapították ugyanis, hogy a Nap neutrínó sugárzása háromszor kisebb az elméletileg számítottnál, ezért egyes kutatók szemében kétségessé vált a napsugárzás termonukleáris eredete is. Fő feladattá vált tehát a neutrínók nyugalmi tömegének vagy hiányának a megállapítása, amely abból az alapgondolatból indult ki, hogy ez a nyugalmi tömeg, ha létezik, minden más részecsketömegnél sokkal kisebb kell, hogy legyen. A neutrínótömeg körül kialakult vita eldöntését sürgette az asztrofizika is, hiszen jelentős változások voltak várhatók a világképünk kialakításában is. A „forró univerzum" modell szerint az anyag 15-20 milliárd évvel ezelőtt elektronok, pozitronok, fotonok, neutrínók és kis részben protonok és neutronok keverékéből állt. Ennek a hőmérséklete elérte a több milliárd fokot is, amely a „Nagy robbanás" után rohamos lehűlésnek indult. Ennek során természetesen a fotonok és a neutrínók nem tűntek el, csak átalakultak energetikailag, és mind a mai napig fennmaradtak. A fotonok rádiósugárzássá alakultak, melyet ma is tudunk mérni műszereink segítségével. Ez az ún. maradványsugárzás az égbolt minden területéről egyforma intenzitással érkezik, és amely megfelel a 3 °K hőmérsékletű fekete test rádiósugárzásának. Ez a jelenség ragyogóan igazolja a világmindenség hajdani forró állapotát. De ha ez az elmélet igaz, akkor létezniük kell a maradvány neutrínóknak is. A rádiócsillagászati mérések szerint a világegyetem minden egyes m3-ben 500 maradvány foton van, és majdnem ugyanennyi neutrínó is. Mivel azonban a fotonoknak nincs nyugalmi tömegük, és ma már kis energiával rendelkeznek, nem játszanak nagy szerepet a világmindenség átlagos tömegviszonyában, de annál inkább a neutrínónak. Átlagos számítások szerint, ha rendkívül kicsi is a neutrínó tömege, a maradványneutrínók össztömege mintegy 20- szor nagyobb lehet, mint a világ- egyetem valamennyi csillagának és galaxisának a tömege. Úgy tűnik tehát, hogy a világegyetemnek ilyen tömegsűrűség mellett zártnak kell lennie, vagyis az univerzum 10-20 milliárd éves tágulás után zsugorodni fog. A jelenlegi tágulás ezek szerint néhány milliárd év múlva megáll, visszafordul, s világegyetemük ismét pontszerű szingularitásba zuhan össze, melyből egy újabb világegyetem keletkezhet egy újabb ősrobbanással és így tovább. Ez tehát az elmélet, de mit igazolt a részecskefizika? A már említett kutatócsoport bebizonyította, hogy a neutrínónak van nyugalmi tömege éspedig a 14 eV és 46 eV határok között 6.10-32 g. (Nagyon jó összhangban vannak ezek az eredmények a magyarországi Marx György és Szalay A. Sándor 1972-ben megjelentetett számítási eredményeivel, mely alapján a neutrínó nyugalmi tömege 22 eV-os értékkel kell, hogy rendelkezzen.) Ennek a tömegnek óriási jelentősége van. Egyáltalán az, hogy nullától különböző, lehetővé teszi, hogy a különböző neutrínók (elektron-, müon-, tau-neut- rínó) egymásba, külső behatás nélkül átalakuljanak, azaz az ún. neutrínó-oszcilláció jelenség létrejöhessen. Ezt a jelenséget mutatta ki F. Reines amerikai fizikus, és az egyből magyarázatot ad a napneutrínók kimutatásának csekély eredményességére. A legújabb számítások szerint a Napból érkező neutrínó áram kb. 5 SNU (SNU = Solar Neutrínó Unit-Nap neutrínó egység, azaz 10‘38 befogás atomonként és másodpercenként a céltárgyba) érték, a gyakorlati mérések azonban makacsul 1,8 SNU körül ingadoznak. A Naptól kijövő elektron-neutrínó áram azonban a neutrínó-oszcilláció miatt részben más, müon és tau- neutrínókká alakulnak át útközben, a kísérleti berendezések azonban csak elektron-neutrínók mérésére alkalmasak. A neutrínó tömegével már meg lehet magyarázni a „ hiányzó tömeg“ rejtélyét is. Galaxisok és extragalaxisok megfigyelésénél ugyanis feltűnt, hogy ezen objektumok össztömege nem felel meg annak az össztömegnek, amit mozgássebességük alapján megállapítottak, vagyis többszöröse annak. Ezt a hiányzó tömeget próbálták különféle elképzelésekkel magyarázni, mint sötét por- és gázfelhőkkel, fekete lyukakkal, de a neutrínótömeg erre is magyarázatot ad. Ez a rendkívüli nagy horderejű felfedezés is mutatja, hogy milyen közvetlen összefüggés van a legkisebb, legmegfoghatatlanabb részecske és az egész világegyetem között. Egyben más tanulságokkal is szolgál: az, ami mérhetetlenül kicsiny, nem okvetlenül nulla, és nem csak óriási és drága berendezésekkel lehet alapvető fontosságú felfedezéseket tenni. Az említett kísérletek természetesen felbolygatták az egész részecskefizikát, most lázasan folyik a mérések független ellenőrzése, de a fizikusvilág közvéleménye szerint nem valószínű, hogy hiba történt, és mégis nulla lenne a neutrínó tömege. Ma még a várakozás álláspontján vagyunk, de minden bizonnyal ez a jelentős felfedezés is hozzájárul ahhoz, hogy a természet alapvető jelenségeit kutató fizikusok és csillagászok megfelelő képet alkothassanak a ma még ismeretlen folyamatokról a Nap belsejében, a csillagokban vagy a végtelen tér mélységei- ben BÖDŐK ZSIGMOND ÉRDEKESSÉGEK, ÚJDONSÁGOK ÚJABB METÁNLELET A CSENDES-ÓCEÁNBAN A tengervízben, közvetlenül a csendes-óceáni küszöb fölött, Bolíviától nyugatra szintén van metán. Ezt állapították meg a Scripps Intézet kutatói. Ez a fölfedezés megerősíti Thomas Gold (Cornell Egyetem) eddig vitatott föltevését, amely szerint a Föld belsejében nagyobb mennyiségekben olyan - nem biológiai eredetű - metán rejlik, amelyet a közetanyag bolygónk őskorában zárt magába. Gold elmélete szerint a metán főként földrengések idején kér,ül a föld felszínére. A gáz gejzíreken és a tengerfenék gázáteresztö övezetein át szivároghatott bele a tengervízbe. A metán lelőhelyén csakugyan találtak ilyen mederrészeket. (Már két évvel ezelőtt is észleltek metánt a tengervízben, mégpedig 4500 kilométerre északra a mostani lelőhelytől. (Frankfurter Allgemeine Zeitung) A C-VITAMIN ÉS AZ ÁLLATOK A C-vitaminnak (aszkorbinsavnak) fontos szerepe van az anyagcserében. Japán kutatók legújabban megállapították, hogy a szivár- ványos pisztráng számára egyértelműen vitamin, a pontyok számára azonban nem vitamin az aszkorbinsav. Ez a megállapítás nagy jelentőségű a nagyüzemi haltakarmány előállítása szempontjából, mert korábban azt tartották, hogy az aszkorbinsav minden halfaj A neutrínó és a csillagászat GALAKTIKÁNK ÓRIÁSAI ZAVARBA HOZZÁK AZ ELMÉLET SZAKEMBEREIT Két amerikai csillagászcsoport az eget olyan rádióhullám-tartományban vizsgálta, amelyben ve- gyületeknek, például szén-mono- xidnak a színképvonalai mutathatók ki. A vizsgálatok mintegy ötezer óriási molekulafelhönek nevezett objektumra terjedtek ki. Ezek a felhők egy 6 kiloparsec (kpc = 20 000 fényév) sugarú és 4 kiloparsec (13 000 fényév) szélességű gyűrűn belül egyenetlenül, nagyobb csoportokban helyezkednek el Tejútrendszerünk középpontja körül (lásd ábránkat). E felhők óriásiak, méreteik százezerszer akkorák, mint a Plútó pályája (ez utóbbi maga is mintegy negyvenszerese a Föld-pályának). Fölfedezésük új elemekkel gazdagítja a tejútrendszerek kialakulását magyarázó elméleteket. Maga a megfigyelés a szén- monoxidra irányult. Ha abból indulnak ki, hogy a molekuláris hidrogénnek az aránya, mint a Föld környezetében, vagyis 1:0,0001, A fenti meggondolással az egyik kutatócsoport legkevesebb tízmillió, de nem több mint százmillió évet kapott a felhők élettartamára. Ellenben a másik kutatócsoport a sc^t molekuláris anyagot látva úgy gondolja: egymilliárd, de legalább százmillió év kell ahhoz, hogy ezek a felhők ki tudjanak fejlődni. Csakhogy mindkét élettartam túlságosan hosszúnak látszik ahhoz képest, ahogyan ma a gravitációs folyamatokat értjük. Mai elképzeléseink szerint ugyanis csupán a saját maga gravitációs hatása alatt is már egymillió év alatt összesúrűsödhet egy ekkora felhő, s jóval több rövid élettartamú és nagy tömegű O és B szintképtípu- sú csillagnak kellene keletkeznie, mint amennyit ezekben a felhőkben valóságosan megfigyelnek. Úgy látszik, hogy valamilyen eddig ismeretlen mechanizmus leállítja, vagy legalábbis lelassítja a csillagkeletkezés ütemét a tized- vagy század-, ha ugyan nem az ezredA nagyobb pontok azokat az óriási moieku- lafelhöket jelzik, amelyek Tejútrendszerünk belső karjai közelében találhatók. Az apró pontozás a Galaxis karjait jelzi. A molekulafelhőket a két sávozott övezetben vizsgálják akkor becsléssel megállapítható, hogy mennyi hidrogénmolekula van a felhőben. így számolva a molekulafelhók tömege minden vártnál nagyobbnak mutatkozott. Ha ellenben a föltevés helytelen, s a szén-monoxidnak a hidrogénhez viszonyított aránya ott más, mint Földünk környezetében, e felhők persze sokkal kisebb figyelemre érdemes objektumok, mint amilyeneknek ma hisszük őket. Minthogy Tejútrendszerünk spirálkarjai között nagyon kevés felhőt látunk, arra kell gondolnunk, hogy a felhő akkor keletkezik, amikor a Tejútrendszer síkjában a csillagközi anyag áthalad a spirális alakú karok gravitációs terén. Eközben felhővé sűrűsödik, csillagok keletkeznek benne, amelyek szétszóródnak, s a felhő is szétesik, mihelyt az anyag a karok külső széle felé elhagyja a spirálokat. A felhő tehát addig él, amíg az anyag keresztülhalad a karon. részére. De az is meglehet, hogy sokkal gyorsabban játszódik le az a legeslegfontosabb csillagközi vegyi reakció, amely a hidrogén- atomból létrehozza a hidrogénmolekulát, mint ahogyan ma gondoljuk. Valóban sok új értékes kérdés adódik e mechanizmus kapcsán, s a rájuk adható válaszok megvilágíthatják azt a folyamatot, amelynek során a csillagközi anyag kezd összeállni, s molekulákat, csillagokat és bolygókat alkotni A csillagközi térben uralkodó csekély töménységek közepette végbemenő kémiai folyamatok vizsgálata legalább olyan érdekesnek ígérkezik, mint az, amely a földi légköri nyomáson végbemenő vegyi folyamatokat kutatja. Ezeket, sajnos, a kémikusok nem tudják vizsgálni a Földön, s emiatt a csillagászati megfigyelésekre vannak utalva. (New Scientist) számára vitamin. A főemlősök számára egyértelműen létszükséglet a C-vitamin és jó néhány gerinctelen állatot is ismerünk - például a vándorsáskát -, amelynek aszkorbinsavra van szüksége. (D) ULTRAHANGOS BŐRVIZSGÁLAT Az emberi bőr teljes keresztmetszetéről sikerült képeket készíteni a manchesteri egyetemen kifejlesztett és a maga nemében a világon egyedülálló ultrahangos készülékkel Megfelelő továbbfejlesztéssel az újfajta készülék rövid és fájdalmatlan vizsgálattal válthatja fel a bőrgyógyászok jelenlegi bőr-tesztjeit. Lehetővé válik, hogy az orvos megvizsgálhassa a súlyosan sérült bőrt, vagy többször ugyanazt a börcsíkot, követve a gyógyulás folyamatát - jelenleg ez elképzelhetetlen biopszia, mintavétel - kimetszés - nélkül. Sok időt és fáradságot is megtakaríthatnak vele, mert nem lesz szükség a bőrminták előkészítésére a mikroszkópos vizsgálathoz. Polivinilidénfluoridból készült ultrahangadót használnak és a felbontóképességet oly módon tökéletesítették, hogy 0,25- 0,1 milliméter közötti bőrvastagságot mérhetnek vele. Az előreláthatóan két év múlva forgalomba kerülő készülék végül is a bőr teljes kereszt- metszetének képét adja. Az adófej másodpercenként 18-szor mozog előre-hátra egy 0,5 centiméter átmérőjű bőrfelületen, és folyamatos képet hoz létre. A kép olyan nagyítású, mint egy rosszabb fénymikroszkópé. A kísérletek következő szakaszában kisebb készülékek sorozatával váltják fel az egyetlen sugárzófejet és elektronikus vezérlést alkalmaznak. ) 1981. XI. 29. 16
