בואו לגלות את עמוד הכתבה החדש שלנו
${m.global.stripData.hideElement}
 

טרם ביצעת אימות לכתובת הדוא"ל שלך. לאימות כתובת הדואל שלך  לחצו כאן

לשבוע בלבד - מינוי לאתר ב-50% הנחה  

רשימת קריאה

רשימת הקריאה מאפשרת לך לשמור כתבות ולקרוא אותן במועד מאוחר יותר באתר,במובייל או באפליקציה.

לחיצה על כפתור "שמור", בתחילת הכתבה תוסיף את הכתבה לרשימת הקריאה שלך.
לחיצה על "הסר" תסיר את הכתבה מרשימת הקריאה.

התגלה החלקיק האבוד של המדען הנעלם

רגע לאחר שחזה את קיומו של חלקיק מסתורי, נעלמו עקבותיו של הפיזיקאי האיטלקי אטורה מיוראנה. כעת, טוען מדען הולנדי כי מצא את החלקיק

21תגובות

ב-26 במארס 1938 עלה אדם צעיר על ספינה שעשתה את דרכה מהעיר פלרמו שבסיציליה לנאפולי. הבחור הזה, אטורה מיוראנה שמו, לא ירד בנמל המיועד, ומאז נעלמו עקבותיו.

מיוראנה היה פיזיקאי בראשית שנות ה-30 לחייו, שהשתייך לחבורה של מדענים צעירים ומבריקים שעבדו תחת חסותו של הפיזיקאי האיטלקי הנודע אנריקו פרמי. בשנותיו הלא רבות כמדען הספיק לפרסם רק תשעה מאמרים, אך אלה הקנו לו את שמו כאחד מגדולי דורו. לימים השווה אותו פרמי לגדולי המדענים של כל הזמנים. "יש הרבה קטגוריות למדענים: אנשים מדרגה שנייה ושלישית, אנשים שעושים את מיטבם אבל אינם מרחיקים לכת; יש גם אנשים מדרגה ראשונה, שאחראים לתגליות גדולות, יסודיות להתפתחות המדע; ואז יש את הגאונים, דוגמת גלילאו וניוטון", אמר פרמי. "ובכן, מיוראנה היה אחד מהם".

מיוראנה היה גאון שהחשיב את גילוייו לבנאליים ולא ראויים לפרסום. הוא הסיק, למשל, את קיומו של הניוטרון על בסיס תצפיות קיימות, אך לא נענה להפצרות פרמי שיפרסם את פרשנותו. הקרדיט לגילוי ניתן מאוחר יותר לג'יימס צ'דוויק, שביסס את קיום הניוטרון באופן עצמאי.

בשנותיו האחרונות לא היה מיוראנה במיטבו. הוא סבל מדלקת בקיבה ופרסם מאמרים מעטים בלבד. רק ב-1937, בעידודו של פרמי, פרסם את המאמר שיזכה אותו בתהילתו וינציח את שמו בספרי המדע - מאמר בו חזה את קיומו של חלקיק שנקרא על שמו: פרמיון מיוראנה (Majorana Fermion). פרמי גם עודד אותו באותה העת להגיש בקשה למשרת פרופסור לפיזיקה תיאורטית בנאפולי. הוא זכה במשרה, אך חודשיים בלבד לאחר מכן, כתב מכתב למנהל המכון שנראה כמכתב התאבדות: "הגעתי להחלטה שהפכה לבלתי נמנעת.

עשו לנו לייק וקבלו את מיטב הכתבות והעדכונים ישירות אליכם

אין בה ולו טיפת אנוכיות, אך אני מכיר בטרדה שהיעלמותי הפתאומית תגרום לך ולסטודנטים", הוא כתב. "אני מבקש את סליחתך על כך, ובמיוחד על הבגידה באמון, בידידות הכנה ובסימפטיה שהפגנת כלפיי לאורך החודשים האחרונים". מיד לאחר מכן שלח מכתב נוסף ובו חזר בו מדבריו.יומיים לאחר מכן עלה לספינה שממנה נעלם.

האפשרות המתבקשת ביותר באשר לגורלו - שהוא התאבד במהלך המסע הקצר - היא רק אחת מני רבות שנידונו לאורך השנים. כיוון שרוקן את חשבון הבנק שלו כשבוע לפני שנעלם, יש מי שחושבים שהוא ברח מעולמו ליעד לא נודע. בני משפחתו והכומר שלו מאמינים שברח להתבודד במנזר בעקבות "משברים מיסטיים". לפני שנה הכריזה הפרקליטות ברומא על פתיחת חקירה בעניינו לאחר שאדם טען כי ראה אותו בארגנטינה לאחר מלחמת העולם השנייה.

בחודש שעבר התקיים בבוסטון הכנס השנתי הגדול ביותר בעולם של פיזיקאים, March Meeting, שהעלה שוב את מיוראנה לכותרות העיתונים. הפעם היה זה בעקבות תגלית מדעית הקשורה בשמו. האירוע המדובר ביותר באותו מפגש בינלאומי נגע לתגלית של מדען הולנדי מאוניברסיטת דלפט בשם ליאו קובנהובן (Leo Kouwenhoven). השמועות על התגלית החלו להתרוצץ זמן מה לפני הרצאתו, והחדר שבו הרצה היה מלא עד אפס מקום.
קובנהובן תיאר בפני הנוכחים ממצאים המעידים לדבריו על סימנים לגילוי חלקיק פרמיון מיוראנה. למעלה מ-70 שנה אחרי שמיוראנה פרסם את מאמרו האחרון, נראה שתחזיותיו התגלו כנכונות.

הגילוי הנוכחי מגיע מתחום הפיזיקה של מצב מוצק. ב-15 השנים האחרונות החלו מדענים בתחום זה להתעניין באפשרות קיומו של החלקיק משום שתכונה שמיוחדת לו פותחת אפשרויות מבטיחות בעולם המחשבים הקוואנטיים - מהתקוות הגדולות של עולם המחשוב. כיום מחשבים מבוססים על מתגים חשמליים שמגדירים את הספרות הבינאריות 0 ו-1, שמתורגמות לכל מה שהמחשבים שלנו יודעים לעשות. מחשבים קוואנטיים מנצלים תופעות ממכניקת הקוואנטים כדי לייצר מתגים עם יותר משני מצבים קוואנטיים, באופן שיכול לשפר באופן דרמטי את יכולת העיבוד של מחשבים.

לפני כשנתיים, פרסמו שתי קבוצות שונות של מדענים - אחת מאוניברסיטת מרילנד והשנייה ממכון ויצמן למדע - שיטה שלטענתם מאפשרת בידוד של פרמיוני מיוראנה במצב מוצק. השיטה כללה שילוב של מוליכים למחצה הבנויים מחומרים כבדים לצד מוליכי-על. "די מהר הבנו שזה הדבר הכי מעשי שאפשר לעשות במעבדה כדי לבודד את החלקיקים", אומר פרופ' יובל אורג, שהוביל את המחקר במכון ויצמן למדע יחד עם הפרופסורים גיל רפאל ופליקס וון-אופן. שנתיים לאחר מכן, הצליח קובנהובן ליישם במעבדה את השיטה שהציעו החוקרים לבידוד חלקיק מיוראנה.

קובנהובן עדיין לא פרסם את המאמר שבו הוא מציג את ממצאיו, ומסיבה זו גם ביקש שלא להתראיין ל"הארץ". עד שמאמרו ייבחן על ידי עמיתים עדיין לא ניתן לומר בוודאות שפרמיוני מיוראנה אכן התגלו במעבדתו. ובכל זאת, מדענים כבר מרשים לעצמם להתרגש מהאפשרויות הגלומות בתגלית. ישנן כמובן בעיות רבות שעליהן יידרשו להתגבר לפני השימוש בחלקיקים במחשבים קוואנטיים, ובכל זאת, פרופ' אורג אומר כי "התגלית הזאת נותנת סיפוק אדיר. היא מסמנת התחלה של כיווני מחקר מרתקים ופוריים שלבטח יעסיקו אותנו בשנים הקרובות".

החלקיק שהתגלה על ידי קובנהובן הוא חלקיק שמורכב ממערכת של אלקטרונים, כך שהוא אינו חלקיק יסודי. למעשה כלל לא היה ברור שפרמיון מיוראנה מורכב יתגלה במעבדה של חוקרי מצב מוצק. "זה מרתק שהאנשים העוסקים במצב המעובה הצליחו ליצור חלקיק אפקטיבי שלא ברור אם הוא חלקיק יסודי שנמצא בטבע", אומר הפיזיקאי התיאורטי פרופ' אליעזר רבינוביץ מהאוניברסיטה העברית.

פיזיקאים העוסקים באנרגיות גבוהות מקווים לגלות פרמיון מיוראנה שהוא חלקיק יסודי, מסיבות הנוגעות לשאלות בסיסיות ביותר במודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים.

תחזיתו של מיוראנה קשורה בראש ובראשונה לעבודתו של מדען דגול אחר בן תקופתו, הפיזיקאי הבריטי פול דיראק. ב-1928 הצליח דיראק להתגבר על אחת מהבעיות הגדולות של הפיזיקה המודרנית באותה העת, כששידך בין תורת הקוואנטים לבין תורת היחסות הפרטית של אלברט איינשטיין. למשוואה שדיראק פיתח היתה מסקנה מפתיעה: התברר שלאלקטרון יש חלקיק תאום – אנטי-אלקטרון (הידוע כפוזיטרון) - עם אותה מסה בדיוק אך עם מטען הפוך. בתחילת שנות ה-30, התגלה החלקיק הזה, ואישש את משוואתו.

בעשורים שחלפו התברר לפיזיקאים שלכל חלקיק שקיים בטבע יש אנטי-חלקיק תאום, שזהה לו במסה אבל הפוך במטענים שלו. למשל, לחלקיק הפרוטון מטען חשמלי חיובי בעוד שלאנטי-פרוטון מטען שלילי. כאשר חלקיק אנטי-חומר בא במגע עם חלקיק החומר התאום שלו, החלקיקים משמידים זה את זה ומשחררים תוך כדי כך את האנרגיה האצורה בהם כקרינה או כחלקיקים חדשים.

מיוראנה לקח את המשוואה של דיראק וגילה שיש לה גרסה מיוחדת שלפיה חלקיקים ללא מטען יכולים להיות האנטי-חלקיק של עצמם. אמנם כבר היה ידוע שבוזונים - קבוצת החלקיקים שנושאים את ארבעת כוחות היסוד של הטבע - יכולים להיות אנטי-חלקיקים של עצמם, אבל המדענים הניחו שפרמיונים - חלקיקים, כמו אלקטרונים וקווארקים, שמרכיבים את החומר המוכר לנו - אינם יכולים להיות כאלה. כאן היה טמון החידוש הגדול של מיוראנה: הוא חזה את קיומו של חלקיק פרמיון שהוא אנטי-חלקיק של עצמו.

לאורך השנים הלך והתבסס מועמד אחד לחלקיק כזה, והוא הנייטרינו. תכונותיו של הנייטרינו, שהתגלה ב-1956, תואמות את התיאור של המשוואות של המדען האיטלקי. הפיזיקאי התיאורטי פרופ' יוסי ניר ממכון ויצמן למדע מסביר שאחת סיבות מרכזיות לכך שהנייטרינו נחשב למועמד מבטיח ומעניין לחלקיק המיורנאה היא שהדבר מסביר תכונות מפתיעות אחרות של הנייטרינו.

“לפני כ-12 שנה גילינו שלנייטרינו יש מסה – קטנה מאוד אבל עדיין מסה", מסביר ניר; “לפני כן זה לא היה ברור בכלל”. התגלית הזאת יצרה בעיה עבור המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים, כיוון שהמסה של הנייטרינו קטנה בסדרי גודל רבים מכל שאר הפרמיונים. כדי להסביר את העובדה הזאת, נדרשת התאמה של המודל הסטנדרטי, לפיה חלקיקי הנייטרינו הם חלקיקי מיוראנה. “אם הנייטרינו איננו אנטי-חלקיק של עצמו, זה מפתיע מאוד, ואין לנו הסבר טוב מדוע הוא קל בהרבה מחלקיקי החומר האחרים", אומר ניר.

סיבה נוספת שבגללה, לדברי ניר, מדענים מקווים לגלות שהנייטרינו הוא אותו פרמיון מיוראנה שהמדען האיטלקי חזה, נוגעת לאחת החידות הגדולות של הקוסמולוגיה: עצם קיומו של חומר בקיום. כיוון שחומר משמיד אנטי-חומר במגע עמו, הרי שלכאורה הם היו אמורים להשמיד זה את זה ללא הותרת כל שארית שממנה ייווצרו הגלקסיות, כוכבי הלכת וקוראי העיתון הזה.

בשנות ה-60 של המאה הקודמת ניסח לכך פתרון אפשרי הפיזיקאי הרוסי הנודע אנדריי סחרוב. "סחרוב טען שיש סוג אחר של תהליכים שלא מתוארים על ידי משוואות דיראק שיכולים להביא להבדל בכמות בין אנטי-חומר וחומר ולהיווצרות שארית של חומר", אומר ניר.

כאן נכנסים לתמונה חלקיקי הנייטרינו: "אם הנייטרינו הם חלקיקי מיוראנה אז יש אפשרות שיש איזשהו כוח שפועל עליהם שיכול להבדיל בין חומר לאנטי חומר. כלומר ייתכן שההסבר לתעלומת ההיוותרות של כל כך הרבה חומר ביקום קשור לתכונות של הנייטרינו כחלקיק מיוראנה".

התגלית של הקבוצה ההולנדית אינה נוגעת ישירות לאפשרות זאת כיוון שבמעבדה באוניברסיטת דלפט התגלו סימנים לחלקיק מורכב ולא חלקיק יסוד שהוא נייטרינו. אם כך, החיפוש אחר פרמיון המיוראנה רחוק מלהסתיים.



תגובות

דלג על התגובות

בשליחת תגובה זו הנני מצהיר שאני מסכים/מסכימה עם תנאי השימוש של אתר הארץ

סדר את התגובות
*#
בואו לגלות את עמוד הכתבה החדש שלנו