Dvanáct experimentů, které změnily svět

Suzie Sheehy (1984) je australská fyzička a popularizátorka vědy. Působí na Oxfordské univerzitě a Univerzitě v Melbourne, její výzkum se zaměřuje na vývoj urychlovačů částic využívaných pro lékařské účely. Významnou část svého času Sheehyová věnuje informování veřejnosti o přínosech základního výzkumu, v roce 2018 vystoupila na konferenci TED v Sydney, uváděla také několik pořadů na populárně-vědeckém kanále Discovery Channel. Svou knihu Podstata všeho: Dvanáct experimentů, které změnily svět vydala v roce 2022.

Ukázka:

Bylo ráno 14. dubna 1932 a Walton byl sám, když zahřál vylepšený stroj na provozní teplotu. Cockcroft si jako obvykle odběhl ještě něco zařídit do vedlejší laboratoře. Namísto klasického elektroskopu použili na Rutherfordovo naléhání jeho oblíbený detektor, stínítko se sulfidem zinečnatým. Walton vložil na dno urychlovací trubice lithiový terčík a stabilizoval zdroj napětí přibližně na 250 000 V, doladil poslední nastavení a spustil protonový svazek. Byl hrozně zvědavý, jestli se bude něco dít, a tak se po podlaze doplazil od řídicího pultu až k urychlovači, prokličkoval mezi vysokonapěťovými součástkami a vlezl do olověné kóje, kterou si postavili pro přímé pozorování.

Zatáhl černý závěs, aby mu tam nepronikalo denní světlo, seřídil mikroskop a nahlédl do něj. Po celém stínítku blikaly jasné záblesky světla. Walton sice v laboratorní školce nestrávil příliš mnoho času, ale hned mu bylo jasné, co vidí: alfa částice. Bylo jich tolik, že je nedokázal spočítat. Odplížil se k ovládacímu panelu a svazek vypnul. Zmizely. Zase ho zapnul, a byly zpátky. Jen stěží věřil svým vlastním očím. Došel pro Cockcrofta, který testy rychle zopakoval. Zavolali Rutherforda, donutili ho dřepnout si do malé kóje s koleny až u hlavy a ukázali mu, co právě vypátrali. Byly to zcela nepochybně alfa částice, kdo jiný by to měl poznat než on, když je sám objevil! Později jim to potvrdil i Chadwick.

Všichni hned věděli, co se děje. Protony pronikaly do jádra lithia (s relativní atomovou hmotností ) a to se rozštěpilo na dvě alfa částice. Poprvé v historii uměle vyvolali jaderný rozpad. Navíc se jim to podařilo s protony o energii zhruba 250 keV, což bylo daleko méně než 1 MeV, nebo dokonce 10 MeV, jak se původně očekávalo. Gamowova kvantová teorie se ukázala být správná. Vzájemně si odpřisáhli, že zachovají mlčenlivost, dokud Cockcroft s Waltonem neprovedou nutné kontroly a nenapíší stručný článek, který pošlou do časopisu Nature. Dokud ho neměli hotový, tak celý jeden týden roku 1932 věděli jen čtyři lidé na světě, že se podařilo rozštěpit atom.

Pokračovali v pokusech ve zběsilém tempu. Kladli alfa částicím do cesty hromádky tenkých kovových plíšků, aby si potvrdili, že se řítí ven z jader nesmírnou rychlostí. Každá z nich měla energii asi 8 MeV, což se na první pohled může zdát jako nesmysl vzhledem k tomu, že protony přilétaly jen s několika sty keV. Je to ale naopak ještě více ujistilo, že celý proces chápou správně. Hmotnost protonu a lithia dohromady je před reakcí o trošičku vyšší než hmotnost dvou alfa částic po ní. Když tento rozdíl vzali a převedli na energii pomocí Einsteinovy známé rovnice E = mc2 , vyšlo jim téměř přesně oněch 8 MeV.

Cockcroft s Waltonem byli na čtvrtek 28. dubna pozváni na zasedání Královské společnosti. Shromáždění se mělo sejít hlavně kvůli oslavě Chadwickova objevu neutronu, což také Rutherford ve svém úvodním projevu nejprve všem náležitě připomněl. Pak ztichl, ale na pódiu ještě zůstal. Po dostatečné dramatické pauze oznámil, že dva mladí muži, John Cockcroft a Ernest Walton, přítomní dnes v sále, uměle urychlili nabité částice a úspěšně rozštěpili jádro lithia a řady dalších lehkých prvků. Stačilo, aby zvedl ruku, gestem pokynul na oba mladíky, a publikum v ten moment propuklo ve spontánní jásot. „Největší objev vědy“ hlásaly do několika dnů novinové titulky. Zpráva se rychle šířila po celém světě, v The New York Times vyšel článek „Atom obnažuje svá největší tajemství“. A Cockcroft s Waltonem se rychle přizpůsobili novému způsobu života, kdy museli s Rutherfordem nebo se svým vybavením pózovat před fotoaparáty a poněkud rozpačitě poskytovali rozhovory zástupům novinářů.

Jejich vědečtí konkurenti se museli chytat za hlavu. Kdyby tak bývali věděli, že k rozštěpení atomu lithia stačí 125 000 V, mohli objev učinit jako první. I Cockcroft s Waltonem by to zvládli o dva roky dříve, kdyby jen do experimentu místo elektroskopu nainstalovali Rutherfordovo oblíbené stínítko ze sulfidu zinečnatého, které učinilo každý záblesk alfa částice snadno viditelným. Když už se k tomu konečně odhodlali, ukázalo se, že práce se stínítkem je daleko snadnější než s elektroskopem a abstraktním máváním jeho plíšků. Jenom zkrátka nevěřili, že nízké napětí jejich prvního urychlovače bude stačit. Koncem roku 1932 se v mnoha laboratořích po celém světě spěšně upravovala snad všechna zařízení s dostatečným napětím, aby s nimi bylo možné rozbíjet atomy. Právě se zrodil zcela nový obor jaderné fyziky. Týmu z Cavendishovy laboratoře se tak nakonec podařil ne jeden, ale hned dva převratné objevy, a to téměř současně. Definitivně se potvrdila existence neutronu, ještě mnohem zajímavější ale byla nová možnost rozdělit svépomocí jádro atomu na dvě. Rutherford dosáhl svého vysněného cíle dozvědět se, co v jádru je: protony a neutrony. Experimentem se také potvrdil dalekosáhlý význam kvantové mechaniky a to, že při štěpení atomu platí Einsteinovo E = mc2 . Výzkumnící z Cambridge se suverénně vrátili do čela výzkumu jader, poprvé měli schopnost je libovolně rozbíjet, jak si žádalo jejich další studium. Nebylo už třeba spoléhat se na kosmické záření, při pokusech se dal kontrolovat typ urychlovaných částic, jejich množství a energie, a efekt těchto změn pak přímo pozorovat při bombardování jakéhokoli vzorku. Šlo je zapínat a vypínat, kdykoli se jim zachtělo. Cesta do hlubin jádra byla otevřená.

............

překlad Tomáš Nosek