مزون در دست یوکاوا

یوکاوا و شش تن همکارانش (مشهور به هفت سامورایی) سعی کردند خواص مزون را مشخص کنند. فیزیک از تطاول رویدادهای سیاسی در امان نبود و یکی از هفت سامورایی به نام میتوتاکی تانی (1) در 1938 به دلیل اعتقادات مارکسیستی و ضدمیلیتاریستی بازداشت شد. او پس از هفت ماه رها شد و زیر نظر یوکاوا قرار گرفت. در این فاصله ی زمانی، تجربیات حاکی از آن بود که بر هم کنشیِ میان دو پروتون یا دو نوترون باید تقریباً همان شدتی را داشته باشد که بر هم کنشی میان یک پروتون و یک نوترون دارد؛ اگر اثرات الکترومغناطیسی انتزاع گردد. برای توضیح پدیده به صورت معادله ی مبادله ی مزونها، لازم بود پذیرفته شود که علاوه برمزونهای مثبت و منفی، مزونهای خنثی (بدون بار الکتریکی) هم وجود دارد که می توانند میان دو پروتون یا میان دو نوترون مبادله شوند. از سوی دیگر، می شد پیش بینی کرد که مزون همچنین می باید با ذرات سبک برهم کنشی داشته باشد؛ در نتیجه نمی تواند یک ذره ی پایدار باشد، بلکه یک ذره ی ناپایدار رادیواکتیو است و باید پس از مدتی نسبتاً کوتاه، خودبه خود به یک الکترون و یک نوترینو فروپاشیده شود. یوکاوا و همکارانش این طول عمر مزون را محاسبه کردند، و پس از مدتی تردید اظهار کردند که این مدت باید نزدیک به دود هم میکروثانیه باشد.
در این فاصله ی زمانی تجربیاتی اینجا و آنجا و مخصوصاً تجربیات بی. رُسی (2) در ایالات متحده ی آمریکا نشان داده بود که طول عمر مزونهای مؤلفه ی نفوذکننده ی پرتو کیهانی تقریباً دومیکروثانیه است، یعنی 20 برابر آنچه که یوکاوا پیش بینی می کرد. روش محاسبه رُسی چگونه بود؟ اگر مزونها طول عمرشان محدود است، جذبشان در لایه ای از ماده ی کم چگال، مثل هوا، بیشتر است تا در لایه ای با همان جرم از ماده ای پرچگال تر، مثل کربُن: فاصله ای که در ماده ی پرچگال تر پیموده می شود کوتاه تر است؛
(توضیح تصویر): برهم کنشی میان دو نوکلئون: یک مزون مثبت، منفی یا خنثی تبدیل شده است. سمت چپ، حالت اولیه، حالت میانی و حالت نهایی که در سمت چپ با نمودار فینمان (Feynman) نمایش داده شده است.
تردید درباره ی همسانی میان مزون پرتو کیهانی و ذرّه ی پیشگویی شده ی یوکاوا تقویت می شد. مزونهای پرتو کیهانی نسبت به آنچه که پیش بینی شده بود، بر هم کنشیِ خیلی ضعیفی با ماده ای که از آن عبور می کردند، داشتند. روی کلیشه های اتاقک ابر هرگز برهم کنشیِ «در حال پرواز» مشاهده نمی شد. مطالعات در همه ی کشورها به علت جنگ جهانی دوم فروکش کرده بود. در ژاپن، باشگاه مزونها تشکیل شده بود، اما تحقیقات اعضای آن به خارج درز نمی کرد.
به موجب نظریه ی یوکاوا، مزونهای مثبت در پایان مسیر می باید به توسط هسته ها به عقب زده شوند و به الکترون مثبت فروپاشیده گردند، در حالی که مزونهای منفی، پیش از آنکه بتوانند فروپاشیده شوند، در هسته ها گیر می افتند و جذب می شوند. در اواخر جنگ، در رُم اشغال شده، وزیر بمباران، گروهی فیزیکدان ایتالیایی، مارچلو کونوِرسی (5)، اتوره پانچینی (6) و اورستو پیکونی (7)، در یکی از کلاسهای دبیرستان ویرژیل در پناهگاه زیرزمینی نزدیک واتیکان، یک سری تجربیات تازه را آغاز کردند. این گروه تحقیقاتی ثابت کرد که مزونهای مشاهده شده ی ذرات مبادله شده در بر هم کنشی، هسته ای نبوده اند. با استفاده از لامپهای رادیو تلویزیون، فیزیکدانهای ایتالیایی مدارهای الکترونیکی بسیار کاملی فراهم کرده بودند که اجازه می داد فواصل زمانی را با دقت یک دهم میکروثانیه اندازه گیری کرد. عدسیهای مغناطیسی اجازه می داد ذرات بار منفی از مثبت جدا شود. بدین ترتیب بود که آنها موفق شدند ــ برخلاف پیش بینیهای نظری ــ ثابت کنند که احتمال بزرگی وجود دارد که مزونهای منفی هم درست مثل مزونهای مثبت در یک پرده ی کربُن گیر بیفتند و پیش از آنکه به دام هسته ها بیفتند، فروپاشیده شوند. بر هم کنشی مزونهای تابش کیهانی با ماده، خیلی ضعیف تر از آن بود که بتوان آنها را واقعاً ذرات پیشگویی شده ی یوکاوا تلقی کرد. پس آنها ذرات متفاوتی بودند.

پی نوشت ها :

1. Mituo Taketani.
2. B. Rossi.
3. Mont Evans.
4. Colorado.
5. Marcello Conversi.
6. Ettore Pancini.
7. Oresto Piccioni.

منبع: سرگذشت اتم، شماره 2034