Sarkadi Dezső
okleveles fizikus
Vélemények,
észrevételek:
dsarkadi@t-online.hu
; dsarkadi@freemail.hu
VISSZA
A FŐLAPRA!!!
MEGJEGYZÉSEK
Az atommag
fizikája egyetemista korom óta különösen
érdekelt, tudva azt, hogy az atommagnak a mai napig nem
létezik egzakt elmélete. Fejembe vetem, hogy előbb, vagy
utóbb, de meg fogom oldani ezt a megoldhatatlannak tűnő
feladatot. Kezdettől fogva erős meggyőződésem volt,
hogy az atommag sokkal egyszerűbb rendszer, mint maga az
atomhéj, illetve az atomokból felépülő
molekulák (az élet építőkövei).
Az atom
és
atommag szétválasztása eléggé
mesterkélt, de ennek csupán történeti okai
vannak. Az atom
(atomhéj) fizikájának megértési
lehetőségét a Bohr-féle atommodell csillantotta
meg. A kvantummechanika 1925. évi megszületése
felgyorsította az atomhéj fizikáját, sőt
már egészen korán sikerült értelmezni
a hidrogén molekula kovalens kötését is,
amelyre a klasszikus fizika képtelen volt.
Az
atommag fizikája kissé késett, de
két fontos dolognak köszönhetően felgyorsult:
Aston már
1919-ben, Angliában kidolgozta a
tömegspektrometriát,
amely lehetővé
tette az atomok, és ezen
keresztül az atommagok tömegének pontos
kimérését. Einstein híres E =
mc2 képlete alapján
lehetővé vált az egyes atommagok kötési
energiájának meghatározása, mely
szokatlanul nagynak adódott.
Ugyancsak Angliában, viszonylag későn, 1932-ben fedezi
fel Chadwick a neutront,
és csak azóta tudjuk, hogy az atommagok
protonokból
és neutronokból állnak (ezek tömege
közel egyenlő). A neutron
felfedezésével a magfizika fejlődése felgyorsult,
fejlődött a kísérleti technika és az
elmélet is.
A következő évek kutatásai igazolták, hogy az
atomhéjra már sikeresen alkalmazott kvantummechanika
érvényes az atommagra is. 1939-ben,
Németországban Hahn
és Strassmann
felfedezi
az urán mag hasadását. Fermi is értesül erről
az
eredményről még Olaszországban, és
kulcsfontosságú
kísérleteket végez lassított neutronokkal.
A háború kitörése és a
Németország kezdeti győzelmei
arra késztetik a közben USA-ba emigrált fizikusokat,
hogy figyelmeztessék az amerikai politikai vezetést
a feltételezett német atombomba kutatásokra
és annak
veszélyeire. Megszületett a politikai döntés,
melynek következtében 1942. december 2-án
Chicagóban
sikeresen elindították a világ első
atomreaktorát.
A háború végére elkészült
és sikeresen kipróbálásra került
az USA-ban az első atombomba, mely döbbenetes hatással
volt nemcsak a fizikusokra, hanem az egész
amerikai katonai-politikai gépezetre is.
Sajnálatosan 1945 augusztusában az atombomba két
bevetésére
került sor Hirosimában és Nagaszakiban.
Elkezdődött az atomkorszak, melynek pozitív
eredményei
közül itt csak kettőt említünk: egyrészt
az
atomenergia békés felhasználása ma
már világszerte
elterjedt, másrészt az atomhatalmak megegyezésre
kényszerültek az esetleges atomháború
súlyos
következményeivel számolva. A negatív
hatás az,
hogy ma már egyre több ország törekszik az
atomfegyverek megszerzésére, vagy
megvalósítására,
mely óriási veszélyt, kockázatot jelent az
emberiség fennmaradására.
Az atomenergia
sikeres
felszabadítása viszont messzi nem jelenti azt, hogy az
atommagot,
az erős kölcsönhatást megértettük
és pontosan ismerjük.
Sok ismeret gyűlt össze az idők folyamán, részben
a kísérletek, részben az elméleti
kutatások következtében,
de még ma is távol vagyunk attól, hogy az
atommagot
megértsük, komplett fizikai leírását
meg tudjuk adni.
A fizikusok előtt példaként állnak a sikeres
fizikai
elméletek: a Newton-i mechanika és
gravitációs elmélet,
Maxwell elektromágneses elmélete,
Einstein relativitáselmélete és nem utolsó
sorban
a kvantummechanika. Ezek mindegyike precíz matematikai
alapokon álló axiomatikus elméletek,
melyek segítségével az ismert fizikai
jelenségek jelentős része pontosan és
kielégítően értelmezhető. A hatvanas évek csoportelméleti
(matematikai) kutatásai elvezettek a nukleonokat
felépítő kvarkok
felfedezésére, melyek létezését a
nagyenergiájú gyorsítókkal is igazolni
lehetett. Kiderült, hogy az atommagokat összetartó
erős kölcsönhatásért a kvarkok a felelősek, az
erős kölcsönhatás erőtere a kvantumszindinamika elmélete
(QCD) szerint a "gluon-tér" (ragasztó-tér).
A QCD, mely a kvantumelektrodinamika
egyfajta általánosítása, a több
évtizedes fejlesztés és a hatalmas anyagi
ráfordítás ellenére eddig csak
részsikereket tudott felmutatni, jellemzően a mai napig sem
sikerült vele egy egyszerű atommag tömegét, illetve
gerjesztési energiáit kiszámítani. Az
átütő siker hiánya miatt a fizikusok előre
menekültek, ma már a slágertéma a
kölcsönhatások
egyesítése. A nagy
cél a gravitáció elmélettel
történő egyesítés, amivel még Einstein
is próbálkozott, érthető módon akkor neki
sem sikerülhetett. Az egyesítési
irányában kezdetben a húrelméletekkel
próbálkoztak, jellemzően a hetvenes években,
amelyek rendkívül bonyolult matematikai modellekre
vezettek. A másik fő irányt a különböző
"mértékelméletek" jelentik, ennek egyik
megjósolt eleme a tömegért felelős Higgs részecske, és
amelynek megtalálásáért indult el 2008
szeptember 10-én a világ legnagyobb
részecskegyorsítója, az LHC (Large Hadron
Collider) Svájcban. A svájci CERN laboratórium
Genftől északra, a svájci-francia határ
közelében helyezkedik el, amely évtizedek alatt az
európai országok túlnyomó
többségének részvételével
fejlődött fel a mai figyelemreméltó
szintjére. A CERN már eddig is jelentős sikereket
ért el az elemirész fizikában, többek
között Nobel díjak is születtek.
A jelen
munkában alternatív utat követek az erős
kölcsönhatás elméleti
modellezésére, amely már eddig is sikeresnek
bizonyult, biztató kezdeti eredményekkel.
Véleményem szerint a mai elemirész fizika
és konkrétan a magfizika elméletei
szükségtelenül túlbonyolítottak, a
munkámmal ezt próbálom bizonyítani.
Életem során eddig igazán két fő
probléma
foglalkoztatott, a magfizika és a gravitáció. A
töprengéseim, munkáim
alapján az a
benyomásom, hogy a magfizika problémái
várhatóan rövidesen megoldódnak, de a
gravitáció teljes
megismerése és megértése a
magfizikánál sokkal nehezebbnek tűnik. A
gravitáció véleményem szerint még
számos elméleti és kísérleti
meglepetést tartogat a jövőben.
Ezért úgy gondolom, hogy a nagy fizikai
egyesítés rövid távon belül
nem valósulhat meg, éppen a gravitáció
jelenlegi gyenge ismerete miatt.
Az alábbi dolgozatomban az atommag hőskorát
jellemző magmodellt (az atommag cseppmodelljét)
ismertetem, ami nagy jelentősége ellenére a mai
generáció részére már
feledésbe merült. A cseppmodell nagy sikerét,
egyszerűsége ellenére, az is jelzi, hogy fontos szerepet
játszott a maghasadás, a magenergia
felszabadítás gyakorlati
megvalósításában:
Az atommag
cseppmodelljét az atommagok kötési
energiáinak kiszámítására
használták a felfedezésének korában,
de elméleti szempontból sokkal izgalmasabb, hogyan tudjuk
kiszámítani a semleges atomok tömegeit, amiket
egyébként kísérletileg
tömegspektrométerrel mérik, bámulatos
pontossággal. A fent jelölt munkában az atommag
cseppmodeljét a semleges atomok tömegének
kiszámítására alkalmaztam.
Természetesen a semleges atomok tömegének
ismeretében már egyszerű kiszámítani az
atommagok kötési energiáit: a semleges atom
tömegéből le kell vonnunk a Z rendszámú elem
Z számú elektronjának és protonjának
tömegét, valamint az N = A - Z számú
neutronjának tömegét.
A semleges atomok tömegeit tehát ma
már nagy pontossággal ismerjük a
kísérletekből, de az elméleti
számításoknak tudományos szempontból
még nagyobb a jelentősége, mivel jelenleg sincs
még egzakt magfizikai elmélet. A következő
számítási modell saját szellemi
termékem, amely a semleges atomok magas
hőmérsékletű csillagokban (szupernovákban)
történő szintézisét veszi figyelembe. A
szupernovák hatalmas mennyiségű energiát
sugároznak ki rövid életük folyamán, az
így fellépő energiahiány a semleges atomok
(atommagok) kötési energiáiban jelenik meg.
Copyright © RFP Research Center of Fundamental
Physics, Dezso Sarkadi