Ale jak badać coś, czego tak naprawdę nie można zbadać, bo nie istnieją instrumenty, takie jak na przykład mikroskopy, którymi można by zobaczyć cząstki elementarne. Czymże bowiem jest mikroskop? I jak działa? W mikroskopie bombardujemy obserwowany obiekt strumieniem cząstek elementarnych (fotonów), które po odbiciu od przedmiotu wracają przez układ luster i soczewek wprost do naszego oka. Możemy je zobaczyć nawet w bardzo dużym powiększeniu, dlatego że obserwowane przedmioty, tkanki, komórki itp. mają dużo większe wymiary niż pojedyncze fotony. W części czwartej "najkrótszej historii cząstek" rozpoczęliśmy (wreszcie) odkrywać cząstki elementarne – na pierwszy ogień poszły elektrony.

Komora pęcherzykowa

Ale jak badać promienie, które składają się z takich samych cząstek, jak te służące do obserwacji – żaden mikroskop nie jest w stanie ich sfotografować. Być może przez przypadek, student pana Thompsona (tego od rur katodowych) odkrył dziwne zjawisko. W specjalnym naczyniu tworzył mgłę z pary wodnej. Zauważył, że jeśli coś przez taką komorę przeleci, na przykład odkryte niedawno promienie katodowe Roentgena, to zostawia ślad w postaci kropelek. Dzisiaj takie ślady zostawiają samoloty odrzutowe na niebie. Komora Wilsona jest do dnia dzisiejszego podstawowym przyrządem do badania cząstek elementarnych. Jeśli do komory przyłożymy elektrody kondensatora lub magnesy, to można „zobaczyć” jak cząstki robią dziwne zakrętasy, co pozwala wyliczać ich prędkości i masy.

Promieniowanie z kosmosu

Można było badać cząstki elementarne i szukać ich w różnych miejscach ziemi. Po odkryciach małżeństwa Curie fizycy wiedzieli już, że promieniowanie jest wszędzie wokół nas, i że mnóstwo skał i minerałów promieniuje samoistnie. Ale jak daleko sięga to promieniowanie? Fizycy wleźli na najwyższą budowlę w tym czasie - wieżę Eiffla. Cóż się okazało? Promieniowanie było dokładnie takie samo, jak na ziemi! Nawet pomiary wykonane z balonu i w nocy (żeby wykluczyć Słońce) nic nie zmieniły, a nawet okazało się, że tego promieniowania jest więcej. Fizycy doszli więc do wnioski, że nowa forma promieniowania pochodzi wprost z kosmosu.

Badania uległy jednak chwilowemu zapomnieniu, gdyż Europa pogrążyła się w chaosie I wojny światowej, a zaraz po niej ważniejsze dla nauki okazały się odkrycia Hubblea. Maleńkie cząstki elementarne okazały się mniej ważne niż ogrom wszechświata, który nas otacza. Hubble odkrył, że te kilkaset tysięcy gwiazd, które widać na niebie, to nie wszystko. Okazało się, że nasz Wszechświat jest niewyobrażalnie ogromny, i że cały czas się rozszerza.

Pozyton - Antymateria

Elektron jest cząstką naładowaną, więc przelatując przez komorę mgłową odchyla się w polu magnetycznym, tworząc zakrzywione ślady. Jakież było zdziwienie młodego naukowca, który w 1932 roku badał promieniowanie kosmiczne, składające się z cząstek podobnych do elektronów – cząstki odchylały się w przeciwną stronę. Wszystko pomiary wskazywały, że to elektron, ale odchylający się w drugą stronę. Dodatni elektron? Okazało się, że te obserwacje dokłądnie pasowały do równań stworzonych w 1928 roku, przez Diraca. Taki fizyk teoretyk zajmuje się wymyślaniem pięknych równań matematycznych, które próbują opisać świat. Okazało się, że równania Diracka przewidywały (teoretycznie) istnienie znanej nam materii, tylko z przeciwnym znakiem. Jak to wytłumaczyć? Było to niewytłumaczalne i niewyobrażalne w tym czasie, ale gdyby zbliżyć do siebie kawałek materii i antymaterii, to nastąpiłby ogromny wybuch. Na szczęście elektrony i odkryte jej antymaterialne odpowiedniki  - pozytony są bardzo, bardzo małe.

Mion

W latach trzydziestych XX wieku było wiadome, że jądro składa się z protonów i neutronów, że wokół jądra krążą elektrony, że mamy dwa rodzaje promieniowania (alfa i beta), i że istnieje antymateria. Ale to nie wszystko. Znów okazało się że promieniowanie kosmiczne (którego pochodzenia nie umieliśmy wytłumaczyć) potrafi wytworzyć kolejne dziwne cząstki – cięższe od elektronów, ale lżejsze od protonów. Zostały nazwane mionami. Aby dopasować istnienie mionu do obowiązującej nauki, stworzony został w 1935 roku kolejny model budowy jądra atomowego. Nowy model jądra wymagał jednak nowego rodzaju , nienznanej jeszcze cząstki - nazwano ją pion. aby całe jądro mogło się utrzymać w jednej całości. Model przewidywał, jaką powinna mieć ta cząstka masę i własności – trzeba było tylko ją odkryć. Zanim rozwikłano tajemnicę pionu wybuchła II wojna światowa i wszelkie badanie nie służące zabijaniu jak największej ilości wrogów zostały kolejny raz odłożone na lepsze czasy.

mgr inż. Wacław Libront