Új Szó - Vasárnapi kiadás, 1984. július-december (17. évfolyam, 27-52. szám)
1984-08-31 / 35. szám
ÚJ szú 17 TUDOMÁNYI iillisaíBii TECHNIKA A jelentős felfedezés az 1982-es év végén született a Genf melletti CERN Óriásgyorsítóban. A 30 napi kemény munkát végül is siker koronázta. A 270 GeV energiájú protonokat és antiprotónokat ütköztetve a többi nagyon ritka elemi részecskék mellett megjelentek a t-kvarkok is. A kvark kifejezés először 1963- ban tűnt fel a szakirodalomban. M. Gell-Mann és G. Zweig kutatóknak feltűnt, hogy az elemi részecskék világában a periódusos rendszerhez hasonló törvényszerűség ismerhető fel. Ilyen rendszer pl. az elemi részecskék nagy csoportját magába foglaló SU 3 csoport is. E törvényszerűség alapján rájöttek, hogy az elemi részecskéket szét lehet bontani még egyszerűbb részecskékre, olyanokra, amelyeket tovább már nem bonthatunk. Ezeket nevezték el kvar- koknak. Kezdetben csak kétféle kvarkot tételeztek fel, az u- és d- kvarkot (up-fel, down-le). Mivel az elemi részecskék töltése egész szám: ± 1, szükségszerűnek látszott, hogy a kvartok tömege ezeknek az értékeknek a törtrésze legyen. Különböző - itt nem részletezett - megfontolások alapján megállapítást nyert, hogy az u- kvark töltése +2/3, míg a d-kvark töltése -1 /2. Az elemi részecskéket két nagy csoportra oszthatjuk: bozonokra és term inokra. A részecskéknek ugyanis van egy érdekes tulajdonsága, amit angol szóval spinnek nevezünk. A magyar szakterminológia a perdület kifejezést használja. A spint - klasszikus megfogalmazásban és nagyon durva megközelítésben - úgy képzelhetjük el, mint a részecske forgását a tengelye körül. Ha a spin értéke egész szám (0, 1, 2...), akkor a részecskét a bozonokhoz, ha törtszám (1/2,3/2,...), akkor afer- mionokhoz soroljuk. A kvartok szintén fermionok. Erre hogyan jöttünk rá? A proton és a neutron szintén fermion, tehát spinjük értéke 1/2. Mi ezeket a részecskéket 3 kvarkból épíjük fel, de ha a kvartokhoz egész számú spint rendelünk, akkor nyilvnvalóvá válik, hogy nem tudjuk az ilyen kvartokból a protont, ill. a neutront úgy felépíteni, hogy az 1/2-es értéket kapjuk. A feles spinű kvartokból azonban már nagyszerűen felépíthető az összes elemi részecske. Mivel a spin vektormennyiség, a vektor pedig két irányba orientálódhat, a kvartok spinje is két irányba orientálódik. Ezt a +, ill a - előjellel különböztetjük meg. Mivel a kvarkok fermionok, érvényes rájuk a kvantummechanikában jól ismert Pauli-féle elv, amely kimondja: azonos energiaállapotú részecskék nem foglalhatják el ugyanazt az energiaszintet. Ez az elv tovább bonyolítja a kvartokról kialakított képet. A protonban ugyanis 3 kvark van (uud), a két u- kvark ugyan még elhelyezkedhet ugyanazon energiaszinten, mivel (hasonlóan a hélium elektronjaihoz) spinjük előjele különbözik, a d-kvarknak azonban már magasabb energiaszintre kellene kerülnie, hogy eleget tegyen a Pauli- elvnek. Ez viszont azt jelentené, hogy a három kvark energetikai szempontból nem azonos értékű, s ezáltal a kvarkok viselkedésében valamiféle asszimetria lép fel. Az ellentmondás elkerülése végett a fizikusok bevezettek egy új kvantumszámot: a szín-kvantumszámot. Vagyis mind a két kvark- nál bevezettek 3 képletes színt: pirosat, kéket és sárgát. így tehát a nehezebb elemi részecskék (a nukleonok és a hiperonok) három kvarkból épülnek fel, mégpedig oly módon, hogy mind a három kvark színe más legyen. Ezzel a kvarkok már energetikailag is egyenértékűvé váltak. E két (a színeket is beleértve 6) kvark azonban nem bizonyult elegendőnek az elemi részecskék leírásában. A K-mezont ugyanis e kétfajta kvarkból nem tudjuk felépíteni, mivel ennek a részecskének van egy érdekes tulajdonsága, amit a fizikusok ritkaságnak, vagy különösségnek neveznek. Ez abban mutatkozik meg, hogy másként viselkednek ezek a részecskék, mint azt elméletileg megállapított módon várnánk tőlük. A K-mezonok például csak párosával keletkeznek. Hiába érjük el a keletkezéséhez szükséges energiaszintet, csak akkor keletkezik K-mezon, ha az energiát olyannyira növeljük, amiből márkát ilyen részecske keletkezhet. (A szerző rajza) (Egyébként a „különösségre“ az atomfizikában külön kvantumszámot vezettek be). Ezeknek a részecskéknek a szerkezetét csak úgy lehet megmagyarázni, ha még egy kvarkot tételezünk fel. Ez pedig az s (strange: különös) kvark, melynek töltése -1/3. Természetesen ez utóbbi is három „színben“ kell, hogy előforduljon. 1976-ban a stantordi központi lineáris gyorsítóban, ill. a Long Island szigetén levő Brookhaven Nemzeti Laboratóriumban felfedeztek egy különleges részecskét, a pszi-mezont (rezonancia), amelynek nyugalmi tömege több mint háromszorosa a proton tömegének. Mint az várható volt, ennek a részecskének sem sikerült összeállítani a rendelkezésre álló 9 kvarkból a szerkezetét. Egy újabb kvarkot, az ún. bájos kvarkot vezették be az elemi részecskék fizikájába. E kvartokat c-vel (charm: bájos) ielöjték A pszi-mezon kvarkképlete cc, ahol a c az anti-bájos kvarkot szimbolizálja. A fizikusok zsargonjukban ezt az állapotot rejtett bájnak is nevezik, mivel a kvark és az antikvark semlegesítik egymás báját, s így kívülről a részecskének nincsenek „bájos“ tulajdonságai. Egy részecske és antiré- szecskéje között csupán az a különbség, hogy valamennyi paraméterük előjelben különbözik egymástól. Az elektron-pozitron ütközéseknél újabb, a pszi-mezonokhoz hasonló rezonanciát (nagyon rövid élettartamú részecskét) figyeltek meg: az Y-részecskét, amelynek tömege mintegy tízszerese a proton tömegének. A részecske egy új kvark és egy neki megfelelő antikvark kötött állapotaként értelmezhető. Ez az újabb kvark, amely -1/3 töldtésű, a b jelölést kapta (bottom: alsó). Ezt a kvarkot a feltevés szerint a most felfedezett t-kvark (top - tető, felső) egészíti ki dubletté. Ezzel a kvarkok száma az ízekkel (u, d, s, c, b, t) és a színekkel (piros, sárga, kék), valamint anti- párjaikkal együtt elérte a 36-ot. A kvartokat, sajnos, csak nagyon nehezen lehet megfigyelni, hiszen szabad állapotban csak nagyon rövid ideig létezhetnek. Bár nyugalmi tömegük a proton tömegének többszörösét is meghaladja, ennek túlnyomó része kötési energiává alakul át. A kvarkok az elemi részecskék belsejében meglehetöen szabadon mozoghatnak - természetesen csak akkor, ha nem távolodnak el egymástól túlságosan messzire. Ebben az esetben ugyanis óriási mértékű vonzerő lép fel közöttük, melyet leginkább egy rugó két végpontjához kapcsolt golyócskákkal szemléltethetünk. Ha a golyók nem távolodnak el egymástól messzebbre mint a rugó hossza, akkor meglehetősen szabadon mozoghatnak, legfeljebb a rugó elhajlik mozgásuk irányába. Amennyiben azonban a golyók távolabbra kerülnek egymástól mint a rugó hossza, vonzerő lép fel közöttük, éspedig annál nagyobb, minél távolabb kerülnek egymástól. A rugó szerepét a kvartoknál tulajdonképpen egy újabb elemi részecske, a gluon bonyolítja le. így tulajdonképpen már érthetőbbé válik, hogy miért nem tudjuk az elemi részecskéket kvarkokká bontani. Ha azonban a kötési energiával nagyobb energiát adunk a részecskének, akkor szükségképpen kvarkokká esik szét. ha például egy kvark energiára tesz szert - például egy fotonnal ütközik -, akkor megváltozik a kvarkok egymástól való távolsága, s mindezek mellett egy új kvark-antikvark pár keletkezik, amely a már azelőtt jelenlevő kvartokkal hadronokat alkot. A kapott energia tehát nem a rendszer széthúzódására, hanem új hadronok keletkezéséhez vezet (lásd az ábrát). A CERN-i gyorsítóban történt felfedezés - amennyiben realitása fennáll - korszakalkotó jelentőségűvé válhat, ugyanis ezidáig a kvarkok csak hipotetikus részecskeként voltak ismertek. A kvarkok felfedezése, ill. egyáltalán a létük azt bizonyítja, hogy az anyag nem oszthatatlan, vagyis a világegyetem szerkezete úgy felfelé, a galaxisok világába, mint lefelé, a mikrorészecskék világába tovább osztható, bizonyítva ezzel a filozófia egyik jelentős tételét: az anyag mennyiségileg és minőségileg kimeríthetetlen. VIDA LAJOS » Felfedezték A T-KVARKOT! iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii A carrarai márvány Ha valaki a Toscana északi részén levő Ravaccione-völgyön keresztül a kis Carrara város felé halad, akkor az Apuai Alpok meredek csúcsai még rekkenő nyári hőségben is hósipkában tárulnak a szeme elé, s a hó még a völgyeket is elborítja. De ami a napfényben fehéren csillog - az nem a hó, hanem a 2000 év óta folyó márványfejtés kősebei. A több mint kétszáz kőbánya fehér kőzetomladéka gleccserhez hasonlóan zúdul alá völgyekbe. Mióta Augustus császár idején elkezdték a fehér kő fejtését a hegyekben, a világ hatalmasai innen látták el magukat építő anyaggal palotáik és emlékműveik számára. A Carrara körül levő kőbányákból származó márványt használtak fel á firenzei dóm, a pisai torony, a római Szent Péter-templom, a New York-i Világkereskedelmi Központ, a Las Vegas-i kaszinók és a tőke számtalan katedrájának, a nemzeti és a nemzetközi multinacionális társaságok palotáinak építéséhez. Olyan építészek, építőmesterek és szobrászok estek ennek a fehér, selymesen csillogó kőzetnek a rabjául - mint például a nagy Michelangelo, Donatello, Bernini, Cellini, Canova és a napjainkban Henry Moore és Nogucsi Iszamo. Ez a művészek számára bűvös anyag a geológusok szemében egyszerűen kristályos szerkezetű kalciumkarbonát, amelynek képződése 200 millió évvel ezelőtt kezdődött, és később márványhegységgé tornyosult fel. Akkor még meleg vizű, sekély tenger terült el az Apuai Alpok térségében. Az elhalt tengeri élőlények házai és vázai a tenger fenekére süllyedtek, és évmilliók során hatalmas üledékeket alkottak. Ez pedig - nem tudni mennyi idő alatt - mészkővé szilárdult. Akkor, mintegy 30 millió évvel ezelőtt, mozgás támadt e térség szerkezetében: a kihűlt földkéreg két óriási lemeze, Afrika és Európa, közeledni kezdett egymáshoz, az üledékrétegek összepréselődtek, a nagy mélységben - erős nyomás és magas hőmérséklet hatására - vegyileg megváltoztak és alakot változtattak. A fehér mészkő kristályos szerkezetű márvánnyá „sült össze." Az ilyen kőzetváltozást a geológusok metamorfózisnak nevezik. Egyszer aztán a redős kőrétegek felfelé préselődtek a tenger mindinkább zsugorodó teknö- jéből. Megszületett a márványhegység. Ha elismerjük, hogy a kultúra története csupán a Föld hosszú történetének folytatása más eszközökkel - akkor a mészkőzet metamorfózisa tovább folytatódott, amikor olyan nagy művészek, mint Michelangelo, jelentek meg a Carrara melletti kőbányákban, hogy e hegység 50 különböző márványtípusa közül kiválasszák a finom fehér ,,statuario“-t, amely müveiket ilyen páratlan kisugárzó erővel ruházza fel. ** Dávid vagy Pieta, oszlop vagy lépcsőfok - az alkotás kezdetén mindig egy több tonna súlyú kődarabb áll, amelyet a hegyből fejtenek. A rómaiak idején a rabszolgák serege robotolt itt, hogy évente egypár ezer tonna márványt termeljen ki. A sziklába lyukakat fúrtak, ezekbe facövekeket dugtak. Vízzel locsolták őket, ennek hatására kiterjedtek, és egy darabkát kirobbantottak a hegyből. A márványt manapság fűrészelik. Ipari gyémánttal sűrűn borított hosszú acélsodrony-kötelek, amelyeket nagy teljesítményű villany- motorok mozgatnak, több tonna súlyú, szállításra alkalmas tömbökké vágják szét a követ. A fűrészelő kötelet állandó vízsugár hűti. Évente körülbelül egymillió tonna márványt fejtenek ki ebből a még mindig kimeríthetetlennek látszó készletből. UWE GEORGE (Geo) ÉRDEKESSÉGEK, ÚJDONSÁGOK TAKARÉKOS KOVÁCSMÜHELY A hagyományos kovácstüzhe- lyek működéséhez felhasznált fűtőenergia felét megtakaríthatják az NDK lipcsei energetikai intézetében kifejlesztett újfajta, kétkam- rás kovácstüzhellyel. Az újdonság két, egymás meilett elhelyezett, egyszerre működő tűztérböl áll, és Így a kétkamrás tűzhely két egy- kamrás kovácstűzhely feladatát tölti be. A tervek szerint hat különböző nagyságban gyártják majd. A tűzhely gázfűtéséhez újfajta égőt dolgoztak ki, amely rövid lánggal éri el a kovácsdarabok felhevítését. Az eddigi hosszú láng nagyarányú revésedést okozott a vastárgyaton. Az új megoldás minimálisra csökkenti a reve- képződést és ezzel jelentős meny- nyiségű anyagot takarít meg. A kétkamrás kovácstúzhelyet le- vegö-elömelegítővel is felszerelték. Ez a forró tűzhelygázokkal csaknem 500 fokra hevíti fel az égésteret és ezzel 22 százaléknyi energiát nyer vissza. A TEJÚT LEGTÁVOLABBI CSILLAGA A Libra (Mérleg) csillagképben véletlenül felfedezett 18-as mag- nitudójú vörös óriás csillagrendszerünk, a Tejút eddig felfedezett legtávolabbi csillaga. Véletlenül fedezték fel, az Einstein csillagászati műhold által észlelt röntgensugárforrás optikai megfelelőjét keresve. A röntgensugárzás minden valószínűség szerint egy nagyon közeli kvazártól indul ki, de az adott terület látható objektumainak színképét megvizsgálva, rábukkantak egy vörös széncsillagra. Azért keltette fel a kutatók figyelmét, mert a széncsillagok kivétel nélkül óriások vagy szuperóriások és az ilyen halvány csillagnak nagyon nagy távolságban kell tündökölnie. A fényesség magnitúdójából ítélve 400 ezer fényévnyire van tőlünk, ami a négyszerese a Tejút-korong átmérőjének. Nagyon kicsiny a csillag sugárirányú sebessége is, ami arra vall, hogy csak nagyon gyengén kötődik a Tejúthoz. Minthogy nincs messze a Magellán-felhő pályájától, feltehető, hogy ebből a galaxisból lökődött ki valamikor a régmúltban. A felfedezés azért nagy jelentőségű, mert az ilyen távoli objektumok sugárirányú sebességéből értékes következtetéseket vonhatnak le csillagvárosunk valóságos teljes tömegére, a Tejút legkülső hálójának tömegére. VIZSGÁZÓ SZIGETELŐK. A Német Demokratikus Köztársaság hermsdorfi kerámiagyárának szabadtéri kísérleti telepén energiatovábbító rendszereket, főként nagyfeszültségű szigetelőket vizsgálnak. Meghatározzák, hogy a szennyeződés mennyire csökkenti a szigetelők hatásfokát. A mérési adatok alapján javaslatot dolgoznak ki a KGST-tagor- szágoknak a szennyezés okozta teljesítményingadozás megszüntetésére. (d) 1984. Vili.31.
