Tímarit Verkfræðingafélags Íslands - 29.12.1949, Qupperneq 8

82
TÍMARIT V.F.I. 1949
Til þess að finna stefnu geimgeislanna, má nota
tvö Geiger-rör. Magnarinn er þá þannig útbúinn, að
hann verkar ekki á teljarann nema bæði Geiger-rörin
sendi samtímis frá sér spennukipp. Þannig má telja
þær agnir, sem fara í gegnum báða teljara, en við
það er stefna þeirra ákveðin.
Á þennan hátt hefur verið sýnt fram á, að geim-
geislarnir koma úr öllum áttum niður í gegnum gufu-
hvolfið, þó mest beint að ofan. Við sjávarmál fer
að meðaltali um það bil ein geimgeisla-ögn í gegnum
hvern láréttan fersentimetra á mínútu. Af þessum
ögnum er um það bil einn f jórði hluti elektrónur, en
þrír f jórðu hlutar mesónur. Þegar ofar dregur fjölg-
ar geimgeisla-ögnunum, en flestar eru þær í 15—20
km hæð, eða um 50 per cm- á mínútu. Þar fyrir ofan
fækkar þeim aftur, og inn í gufuhvolfið koma svo
sem 20 agnir per cm2 á mínútu. Geimgeislanna verð-
ur einnig vart niðri í jörðinni. Sumar mesónur eru
svo langdrægar, að þær komast fleiri hundruð metra
niður í jörðina, eins og komið hefur i ljós við mæl-
ingar niðri í djúpum námugöngum.
Mesónan og kjarnakraftarnir.
Þegar mesónan fannst 1937 kom það flestum á
óvart, en þó voru nokkrir eðlisfræðingar við því bún-
ir og höfðu jafnvel hálft í hvoru reiknað með því,
að til væri slík ögn. Tveim árum áður hafði japansk-
ur eðlisfræðingur, Yukawa að nafni, komið fram
með kenningu um krafta þá, sem binda saman pró-
tónurnar og nevtrónurnar í atómkjörnunum, og sýnt
fram á að krafta þessa mátti skýra með því að
hugsa sér, að agnir, sem væru 200—300 sinnum þyngri
en elektrónan, flygi fram og aftur milli prótónanna
og nevtrónanna í kjarnanum. Kjarnakraftarnir eru
mjög frábrugðnir öðrum kröftum, sem menn þekkja,
að því leyti að þeir ná ákaflega skammt, en á því
svæði, sem þeir ná yfir, eru þeir sterkari en nokkrir
aðrir kraftar.
Yukawa sá, að samkvæmt hinum kvantamekanisku
lögmálum hlaut svona kraftsvið að vera tengt massa-
ögn, en massi agnarinar, sem Yukawa kallaði þungt
kvanta, stóð í vissu sambandi við útbreiðslu kraft-
sviðsins. Samkvæmt líkingum Yukawa mátti líta
svo á, að aðdráttaraflið milli nevtrónu og prótónu
kæmi fram við að þær sendu hið þunga kvanta í
sífellu á milli sín. Kvantað getur yfirleitt ekki slopp-
ið frá kjarnanum, til þess er ekki nægileg orka fyrir
hendi, en ef harður árekstur verður milli tveggja
atómkjarna, getur orkan nægt til þess að kvantað
losni. Nú var vitað að í geimgeislunum urðu mjög
harðir árekstrar, og hér var því einmitt ástæða til
þess að búast við að finna hin þungu kvöntu sem
sjálfstæðar agnir.
Þegar svo mesónan fannst í geimgeislunum, styrkti
það mjög trúna á kenningu Yukawa, og nú var haf-
izt handa um útreikninga til þess að sjá hvað kenn-
ing þessi, sem nú var almennt kölluð mesónukenn-
ingin, fæli í sér. Hér opnaðist möguleiki á því að
skýra ýmsa af eiginleikum atómkjarnanna út frá
tiltölulega einföldum forsendum, en mesónukenning-
in gat þó ekki hlotið almenna viðurkenningu fyrr
en sýnt var fram á, að allar afleiðingar hennar sam-
rýmdust veruleikanum.
Hér verður aðeins drepið á nokkur atriði. Sam-
kvæmt mesónukenningunni koma kjarnakraftarnir
fram við það, að mesónurnar flögra fram og aftur á
milli agnanna í kjarnanum. Prótóna sendir frá sér pósi-
tíva mesónu og verður um leið að nevtrónu, en mes-
ónan lendir á annarri nevtrónu, sem við það verð-
ur að prótónu. Einnig getur nevtróna sent frá sér
negatíva mesónu og breytzt við það í prótónu, en
prótónan, sem tekur á móti mesónunni verður að
nevtrónu. Svæði það, sem kjarnakraftarnir verka
yfir, er þeim mun minna sem massi mesónunnar er
stærri, en massi geimgeisla-mesónanna gat vel sam-
rýmst þeirri útbreiðslu, sem kjarnakraftarnir hafa
í atómkjörnunum.
Annað atriði, sem gera mátti sér vonir um að
skýra með mesónukenningunni, var beta-radíóaktivi-
tet sumra atómkjarna, en kjarnar þessir senda frá
sér elektrónur, pósitívar eða negatívar, að því er
virðist án nokkurra ytri orsaka. Skýringin byggist
á því, að geimgeisla-mesónurnar eru sjálfar radíó-
aktívar. Hver mesóna lifir aðeins skamma stund.
Pósitív mesóna sendir frá sér pósitíva elektrónu, en
negatív mesóna sendi frá negatvía elektrónu um leið
og hún hverfur eða deyr. Engin utanaðkomandi áhrif
stjórna þessari breytingu, og hún er algjörlega óháð
því umhverfi, sem mesónan er í. Mesónurnar eld-
ast ekki í þeim skilningi, að þeim sé hættara við að
deyja þegar langt er liðið frá myndun þeirra, held-
ur eru líkurnar fyrir því að mesónan sendi frá sér
elektrónu á næstu sekúndu, eða næsta miljónasta
parti úr sekúndu, alveg óháð því hvort hún er ung
eða gömul. Af þessu má draga þá ályktun, að lík-
urnar til þess að ein mesóna lifi lengur en t sek. séu
t , þar sem T er meðalævi mesónanna, en hún
hefur mælst um 2 x KP-6 sek. (e er grunntala nátt-
úrlegra lógaritma).
Samkvæmt mesónukenningunni stafa elektrónurn-
ar, sem radíóaktívir atómkjarnar senda frá sér, frá
mesónum, sem ,,deyja“ á meðan þær eru á ferðinni
á milli kjarna-agnanna. Ævi hinna radíóaktívu kjarna
hlítir sömu lögmálum og ævi mesónanna, en þó sýndu
útreikningar, að meðalævi mesónanna var um 100
sinnum of löng til þess að geta skýrt elektrónugeisl-
un kjarnanna.
Eftir því sem menn kynntust meira hátterni geim-
geislamesónanna kom það betur og betur í ljós, að þær
gátu ekki verið hin þungu kvöntu, sem héldu kjörn-
unum saman. Eitt af gleggstu dæmunum er hegðun