A tudomány legnagyobb ?ködösítője?

Charles Thomson Rees Wilson halálának ötvenedik évfordulóján. 

A köd  kellemetlen dolog: csökkenti a látási távolságot, veszélyessé teszi a közlekedést, ha egy katonai egység ködbe burkolózik, kiszámíthatatlan, hogy mikor és mely irányból támad. Átvitt értelemben is  negatív minősítésként él a köztudatban: aki ködösít, a lényegről próbálja elterelni a figyelmet, meg kívánja téveszteni a környezetét. Pedig a köd hasznos is lehet. Olyannyira, hogy korszakalkotó felfedezésekhez nyújthat segítséget. Egy tucatnál is több tudós köszönheti neki fizikai Nobel-díját. Persze nem azzal, hogy a fejükben gomolygott, hanem egy kamrában tette láthatóvá az apró kozmikus részecskéket. Nemcsak a segítségével felderített mikrovilág kutatói érdemelték ki a legjelentősebb tudományos elismerést, de a ködkamra megalkotója, Charles Thomson Rees Wilson is, aki ezúttal is bizonyítékát adta, hogy a mindennapi természeti jelenségek alapos megfigyelése nagyszerű felfedezésekhez vezet. Az előbbit illetően elég csak Petőfi Sándor halhatatlan János vitéz című elbeszélő költeményére gondolnunk, amelyben a főhőst szállító gálya kormányosa a lemenő Nap sugarainak vörös fényéből arra következtetett, hogy másnap nagy vihar lesz. A költő a megjósolt égiháborút drámai szavakkal ecseteli:

?Másnap, amint az ég alja jövendölte,

Csakugyan szél támadt, mégpedig nem gyönge,

Zokogott a tenger hánykódó hulláma

A zúgó fergeteg korbácsolására?.

Az égbolt színéből a várható eseményekre következtető  népi bölcsesség fizikai alapját a tizenkilencedik század végének tudósai tisztázták: a nagyon kicsi levegőmolekulákon a látható fény legmagasabb rezgésszámú része szóródik a leginkább, ezért látszólag kék színű az ég, a jóval nagyobb vízcseppeken viszont a legalacsonyabb rezgésszámú, vagyis szemünk számára a vörös, ez okozza az elszíneződést. Ahol pedig nagymennyiségű vízpára található, ott hamarosan kiadós eső várható. Ehhez hasonló megfigyeléseket végzett Charles Wilson is, aki a legnagyobb magyar költő által teremtett álomvilággal szemben a tudomány területén kalandozott. De miként is jutott el egy szabad szemmel látható és laikusok által is naponta megfigyelt jelenségtől egy műszer megalkotásáig, amelyet hamarosan róla neveztek el?

Eredetileg nem is fizikusnak, hanem orvosnak készült az 1869. február 14.-én Dél-Skóciában született Charles Wilson, aki, miután négyéves korában elvesztette édesapját, édesanyjával Manchesterbe költözött. Középiskolai tanulmányai alatt némiképp módosította életcélját, így érettségi vizsgáját letéve zoológiát, botanikát és geológiát tanult a helyi egyetemen. Közben a vegyészet és a fizika is az érdeklődési körébe került, ezért diplomája megszerzése után továbbképzésre Cambridge-ba megy. Életében igazi fordulatot jelent, amikor huszonöt évesen a skóciai Ben Nevis csúcson fekvő obszervatóriumban helyezkedik el. Munkatársaival ellentétben nem a távoli égitestek nyűgözik le, hanem a közeli felhőkön és a megfigyelőállomást gyakran körülölelő ködtakarón lejátszódó fényjelenségek. Ebben az időben már tudták a kutatók, hogy akár a harmatpont alá is csökkenhet a levegő hőmérséklete, a vízpára csak akkor tud apró cseppek formájában kicsapódni, ha kondenzációs magok köré tud gyűlni.  Ezt a szerepet a mikroszkopikus por- és koromrészecskék töltik be. Ez az oka annak, hogy az eredetileg teljesen tiszta vízpárából keletkező esővíz vagy a vegytisztának hitt hó elolvadás után piszkos lének mutatkozik.  Épp a kondenzáció folyamatának tanulmányozása juttatta el Wilsont ahhoz az elhatározáshoz, hogy megpróbálja a villamosan töltött kozmikus részecskéket láthatóvá tenni. 1895-ben visszatért a camridgei egyetemre, ahol ötletének megvalósításába kezdett. Két irányban folytatta kutatásait: hőmérséklet-, illetve nyomáscsökkentéssel érve el a ködképződést. Hosszas kísérletezés után sikerült eljutnia a megoldáshoz: a hőmérsékletet negyedével a harmatpont alá csökkentve vízcseppek formájában kicsapódott a kamrában levő valamennyi szennyeződés, a köd megszűnt, ezzel alkalmassá vált a berendezés a külső részecskék kimutatására. Megfelelő kalibrálással elérte, hogy a becsapódó kozmikus elemi részecske pályája vékony ködcsík formájában láthatóvá válik.

Alig mutatta be Wilhelm Conrad Röntgen a róla elnevezett készüléket, amikor Wilson 1896-ban kollégájától, John Joseph Thomsontól kölcsönkérte ezt a berendezést, amellyel sikerült kimutatnia, hogy a rejtélyes X-sugarak kondenzmagokat alakítanak ki a kamrában. Megfigyelésének eredményéről még ugyanebben az évben beszámolt. Ekkor még nem sejtették, hogy a nagyenergiájú sugárzás a villamosan semleges légmolekulákat szétrombolva ionokat alakít ki. Nem csoda: még az elektron felfedezésére is várni kellett, amely még ebben az évben Thomsonnak sikerült. A kővetkező évek a tökéletesítés jegyében teltek el: gyors nyomáscsökkenésre alkalmas szivattyúval, ívfénylámpával és fényképezőgéppel egészítette ki a berendezést, amelynek bemutatója 1911-ben volt. Kezdetben nem aratott vele valami nagy sikert, pedig több kozmikus részecskét is azonosított a segítségével. Közben kitört a világháború, ami ugyancsak lelassította a berendezés térhódítását. Az áttörés akkor következett be, amikor mágnesekkel egészítette ki a kamrát, ami lehetővé tette, hogy a pályaívek alapján meg lehessen határozni a berepülő villamosan töltött részecske tömegét, töltését és sebességét. Ezzel a Wilson-kamra évtizedekre a kozmikus részecskék kutatásának legfontosabb eszközévé vált. Mivel az atomot alkotó részecskéket is ennek segítségével fedezték fel, hamarosan aktuálissá vált a Wilson által megszerkesztett kamra elismerése, amire 1927-ben került sor, ekkor megkapta érte a fizikai Nobel díjat.  Ezt követően műszaki találmányának ázsiója szinte a fellegekig emelkedett, tekintve, hogy a kozmikus részecskék megfigyelésének legfontosabb eszközévé vált. Sőt, a múlt század ötvenes éveiben megépített részecskegyorsítóinak is nélkülözhetetlen tartozéka lett. Csupán az évtized második felében megalkotott buborékkamra szorította ki a gyakorlatból. De addig még bekövetkezett az, ami teljesen egyedülálló a tudomány- és technikatörténetben: a ködkamra újabb Nobel-díjat kapott: 1948-ban Lord Patrick Maynard Stuart Blacket érdemelte ki azokért a megfigyelésekért, amelyet csak úgy tudott elvégezni, hogy a Wilson-kamrát némiképp átalakította. A hetvenkilenc éves eredeti feltaláló az elsők között gratulált ifjú kollégájának a díjhoz.

Magánélete is szerencsésen alakult: 1908-ban feleségül vette Jessie Frasert, akitől négy gyermeke született. Matuzsálemi életkor adatott meg neki: 1959. november 15-én hunyt el szülőföldjén, Skóciában, Edinburgh környéki házában. Utolsó percéig családtagjai vették őt körül. Három hónap híján kilencvenegy évet élt.

Wilson - kamra

Az általa megalkotott műszer mára a legendák világába emelkedett. Erre a legjobb példa egy ifjú fizikus, Leon Lederman esete, aki a múlt század ötvenes éveiben doktori diplomamunkaként kapta egy Wilson-kamra elkészítését. Mivel nem volt biztos a sikerben, elhatározta, hogy papi áldást, bruchát kér rá, hátha így jobban fog működni. Elmondása szerint az ortodox rabbi olyan szavakkal dobta ki őt, amelyeknek vajmi köze sincs az áldáshoz. A konzervatív rabbi megértőbbnek mutatkozott, de ő is visszautasította: áldást egy műszerre nem adhat, ez csak a gyermekeknek jár ki. Végső kétségbeesésében elment a reformista rabbihoz, aki csodálkozva kérdezte: mi az, hogy brucha? Bár a kért áldás ezzel elmaradt, elmondható, hogy a Wilson-kamra segítségével sikerült igazolnia Ledermannak és barátjának, John Tinlotnak a részecskegyorsítók oldalnyalábját, amelyben csak úgy hemzsegtek az elemi részecskék. A legendás ködkamra nem kis mértékben járult hozzá Lederman azon felfedezéseihez, amikért harminc év múltán, 1988-ban átvehette a fizikai Nobel-díjat.     

MINDEN VÉLEMÉNY SZÁMÍT!

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.

A következő HTML tag-ek és tulajdonságok használata engedélyezett: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>