Morgunblaðið - 26.07.1988, Síða 14

MORGUNBLAÐIÐ, ÞRIÐJUDAGUR 26. JÚLÍ 1988
14
Athuganir hafa sýnt að tæplega fjórðungur af lofttegundum fjarlægra geymþoka samanstendur
af helíum. Með því að notast við niðurstöður nýrra mælinga á helmingunartima nifteinda tekst
frumsprengjukenningunni að segja fyrir um tilvist heliums með nákvæmni sem sýnir einungis 0,1
prósent frávik frá niðurstöðum mælinga.
Nýjar mælingar á
meðalævi nifteinda
Teikningin sýnir nokkra mikilvæga kjarnaferla sem áttu sér stað
þegar alheimurinn hafði náð u.þ.b. þriggja minútna aldri. Nift-
eindir eru táknaðar með O en róteindir með •.
Linuritið sýnir gróflega hlutfallið á milli nifteinda, tvívetnis og
2He4 sem fall af tíma og hitastigi á fyrstu minútunum eftir einstak.
Vísindi
Sverrir Ólafsson
Nýlegar mælingar vísinda-
manna í Grenoble, Heidelberg og
Bonn sýna að meðalævi frjálsra
nifteinda er skemmri en hingað
til hefur verið talið. Niðurstöður
þessar koma til með að varpa
nýju ljósi á hugmyndir manna um
myndun vetnis og helíums nokkr-
um mínútum eftir upphaf frum-
sprengingarinnar.
Flestir eðlisfræðingar eru nú
sannfærðir um að alheimurinn
hafi þróast út frá ógnarheitum
og orkumiklum „eldhnoðra" sem
hefur blásið út og kólnað á mörg
þúsund milljóna ára æviferli al-
heimsins. Orka eldhnoðrans, sem
myndaðist í frumsprengingunni
eða stóra hvellinum, ummyndaðist
í eindir sem síðar urðu uppistaða
alls efnis í alheimsrúminu.
Skömmu eftir einstak, en það
markar upphaf frumsprengingar-
innar, var eldhnoðrinn svo heitur
og orkumikill að eindir og an-
deindir ummynduðust stöðugt í
geislun sem síðan gat endurum-
myndast í eindir og andeindir.
Sagt er að á þessu stigi hafi efni
og geislun verið í jafnvægi. Um
það bil einum hundraðasta hluta
úr sekúndu eftir einstak, þegar
hitastigið var u.þ.b. 1013 (tíumillj-
ónmilljón) gráður Kelvin, tóku
frumeindir er nefnast kvarkar að
bindast og mynda þyngri kjama-
eindir eins og róteindir og nift-
eindir. Hreyfiorka kjamaeindanna
var í upphafí svo mikil að þær
gátu ekki tengst og myndað létta
atómkjama.
Þremur mínútum eftir einstak
var hitastigið komið „niður í“
nokkrar þúsundmilljón gráður
Kelvin, en við það hitastig tóku
nifteindir og róteindir að bindast
og mynda létta atómkjama eins
og tvívetniskjama, jH2, sem sam-
standandi af einni róteind og einni
nifteind. Kjamasamruninn stöðv-
ast ekki þar með, heldur leiða
áframhaldandi kjamahvörf til
myndunar þyngri kjama, eins og
þrívetnis, jH3 (ein róteind og tvær
nifteindir), helíumkjama, 2He3
(tvær róteindir og ein nifteind)
og helíumkjama, 2He4 (tvær rót-
eindir og tvær nifteindir). (Neðri
talan framan við skammstöfun
frumefíianna gefur upp fjölda rót-
einda, en sú neðri gefur upp
Iq'amatölu viðkomandi ísótópa,
þ.e. samanlagðan flölda róteinda
og nifteinda.) Ferillinn stöðvast
að mestu við 2He4, sem er stöðug-
astur allra léttra atómkjama.
Frjálsar nifteindir „lifa“ ekki
nema í takmarkaðan tíma, en þær
ummyndast við s.k. betasundrun
í róteindir, rafeindir og andlétt-
eindir. Ævilíkur „stöðugra einda
em gjaman geftiar upp í s.k.
helmingunartíma, en það er sá
tími sem helmingurinn af ákveðnu
upphafsmagni einda hefur eyðst
við geislasundmn. Fyrstu tölulegu
niðurstöður um helmingunartíma
nifteinda vom 12,5 mínútur.
Mælingar á undanfömum ámm
hafa bætt þessar niðurstöður og
þangað til fyrir nokkmm mánuð-
um var gert ráð fyrir því að helm-
ingunartíminn væri 10,4 mínútur.
Síðustu niðurstöður áðumefndra
vísindamanna sýna að helmingun-
artími nifteinda er ekki nema
10,12 mínútur.
Nifteindir verða stöðugar eftir
að þær tengjast róteindum og
mynda vetnis- eða helíumkjama.
Það magn helíums sem myndast
er því háð helmingunartíma nift-
eindanna, en því skémmri sem
hann er því fleiri nifteindir eyðast
áður en þær geta myndað helíum-
kjama með róteindum og því
minna verður til af helíum.
Megin léttkjamamyndunin átti
sér stað þegar hitastigið var á
bilinu 5 * 108 — 109 gráður Kel-
vin, en það var á tímabilinu 180—
1.700 sekúndum eftir einstak.
Þessi tími er af svipaðri stærð-
argráðu og helmingunartími nif-
teinda og því er augljóst að jafn-
vel smávægilegar breytingar á
helmingunartímanum hafa afger-
andi áhrif á lokamagn myndaðs
helíums.
Mælingar sem á undanfömum
árum hafa verði gerðar á tilvist
helíums í í hundruðum vetrar-
brauta sýna að hlutur þess er
23,5% af lofttegundum vetrar-
brautanna. Þetta er ekki alveg í
samræmi við þau 24% sem fmm-
sprengjukenningin sagði fyrir um,
en hún hefur hingað til byggt
forsagnir sínar á því að helming-
unartími nifteinda sé 10,4 mínút-
ur. Sumir munu telja að kenning
sem segir fyrir um niðurstöður
mælinga með þetta mikilli ná-
kvæmni geti vissulega talist harla
góð. Það er engu að síður ánægju-
legt að ef niðurstöður vísinda-
mannanna í Heidelberg, Grenoble
og Bonn eru réttar þá munu for-
sagnir frumsprengjukenningar-
innar verða enn betri eða 23,6%.
Ástæðan fyrir því að mæling á
helmingunartíma nifteinda er jafn
erfíð og raun ber vitni er fyrst
og fremst sú hvað helmingun-
artíminn er langur. Þeir gjafar
sem venjulega eru 'notaðir til
framleiðslu nifteinda senda eind-
imar frá sér á miklum hraða.
Mæling á helmingunartíma bygg-
ist á því að mæla fækkun einda
í nifteindageislanum þegar hann
ferðast ákveðna vegalengd. Ef
helmingunartíminn er langur þá
minnkar magn eindanna í geislan-
um lítið eftir að þær hafa ferðast
vegalengd, sem er af svipaðri
stærðargráðu og nútíma tilrauna-
stofur og eindahraðlar. Þegar
helmingunartíminn er hinsvegar
skammur, ef til vill ekki nema
nokkrir milljónustu hlutar úr sek-
úndu, þá snarminnkar eindamagn
geislans og niðurstöður mæling-
anna verða langtum nákvæmari.
Vísindamennimir í Bonn hafa
þróað nýja aðferð sem gerir þeim
mögulegt að mæla helmingun-
artíma nifteindanna með áður
óþekktri nákvæmni. Þeir nýta sér
þá staðreynd að nifteindir hegða
sér í ýmsu tilliti eins og „örlitlar
segulnálar" og víxlverka því við
segulsvið. Ef segulsviðið er af
ákveðinni lögun er hægt að þvinga
nifteindimar til hreyfingar innan
takmarkaðs svæðis, þ.e. „kyrr-
setja“ þær í s.k. „segulflösku",
en eftir að það er gert er auðvelt
að fylgjast með nifteindunum og
því hvemig þær eyðast við geisla-
sundmn eftir því sem tíminn líður.
Mælingamar verða vissulega
endurteknar á næstunni, en fyrstu
niðursstöður styðja traustlega við
bakið á frumsprengjukenning-
unni.