A Hét, 1973. január-június (4. évfolyam, 1-26. szám)
1973-03-09 / 10. szám
TUDOMÁNY A neutrínó Valószínűtlennek tűnhet, hogy a fizika egyik alaptörvényét, az energiamegmaradás elvét éppen korunk egyik legnagyobb fizikusa vonta kétségbe. Márpedig Niels Bohr 1932-ben ezt tette az egyik elterjedt atommagreakció, az úgynevezett béta-bomlás magyarázatával kapcsolatosan. A reakció során a neutron spontán módon felbomlik pozitív töltésű protonra és negatív elektronra. A keletkezett részecskék energiamennyisége furcsa módon kisebbnek bizonyult a kiszámított értéknél, tehát a bétabomlás során energiaveszteség áll be. De hogy hol és milyen formában, azt senki sem tudta megmagyarázni Bohr feltételezte, hogy bizonyos magreakciók lezajlása közben az energia megmaradásának elve nem mindig áll fenn. Bohr tévedett, de mentségére szolgál a körülmények rendkívüli jellege. A kérdésben Wolfgang Paulinak, az akkoriban harmincéves svájci fizikusnak más volt a véleménye. Válaszát akkor egyszerűen képtelenségnek is lehetett volna minősíteni. Pauli ugyanis feltételezte egy olyan részecske létezését, amelyet akkoriban gyakorlatilag nem lehetett kimutatni. Ennek a részecskének a nyugalmi tömege nulla, elektromos töltése nincsen, elektromágneses erők reá nem hatnak és az anyagon úgy áthalad, mintha az ott sem lenne. A fantomrészecskét, ami W. Pauli ceruzahegyen született meg, s aminek létezésében jó ideig a fizikusok sem hittek, neutrínónak nevezték el. A kísérleti fizika gazdag éveiben végre sikerült — de még így is meglehetősen későn, 1955-ben — a neutrínó létezését kísérletileg is bebizonyítani. Az új részecske egyszeriből alapfelfogásokat megingató, új elméleteket serkentő, sőt a világmindenséget betöltő különleges részecskévé vált. A legutóbbi fizikai kutatásokról szóló szenzációs hírekből arra következtethetünk, hogy a neutrínó segítségével egyszerű magyarázatot kapnak a gravitáció és a kozmosz anyagenergia fejlődésének alaptörvényei. Ma már általánosan elfogadott, hogy a csillagok energiaforrása termonukleáris jellegű, a könnyű elemek atommagjainak nehezebb elemek magjaival való egyesülési folyamatából származik, amit hatalmas energiamennyiség felszabadulása kísér. Ezt a feltételezést azonban igen nehéz bebizonyítani, még a csillagászati szempontból hozzánk közel levő Nap esetében is. Az elsődleges termonukleáris reakciók a Nap belsejében játszódnak le, ahol a hőmérséklet meghaladja a tízmillió fokot. A Nap belsejét azonban viszonylag vastag napburkolati anyag veszi körül, amelynek felületi hőmérséklete sokkal kisebb, nem haladja meg a hatezer fokot. Mérőműszereink tulajdonképpen a felületről leszakadó részecskék, sugarak tanulmányozását teszik csak lehetővé. A Nap belsejéből a periféria felé haladó energiaátvitel viszonylag lassú, millió évekig tartó folyamat, amelynek során a legtöbb elemi részecske — így a sugárzás is — számos átalakuláson mehet át, így tehát az „autentikus” részecskék vagy sugárzások, amelyek a csillagok belsejében zajló folyamatokról közvetlen értesüléseket nyújthatnának, nem tanulmányozhatók. Itt lép közbe a neutrínó szerepe, amely alapjellemzőinél fogva nem kapcsolódik anyagi részecskékhez, különféle sugárzásokhoz, elektromágneses erőmezőkhöz. A Nap vagy a más csillagok belsejében zajló termonukleáris reakciók terméke áthalad a csillag anyagán, a kozmikus téren, a levegőrétegen. A neutrínók tehát „érintetlenül", rejtett kozmikus folyamatok hírnökeiként érkeznek, majd a Földön is áthaladva, tovább száguldanak a világűrben. Feltevődik azonban a kérdés: ha a neutrínó ennyire megfoghatatlan és érzékelhetetlen, hogyan tanúskodhat reális fizikai folyamatokról, hogyan sikerül jelenlétéről tudomást szerezni? Enrico Formi, olasz Nobel-díjas fizikus továbbfejlesztette Paulinak a neutrínóra vonatkozó elméletét: kiszámította, mekkora a valószínűsége annak, hogy egy neutrínó valamely részecskével kölcsönhatásba lépjen. Arra a következtetésre jutott, hogy ez a valószínűség egyenlő 10—9-nel, vagyis minden egymilliárd neutrínó közül egy kerülhet anyagcsapdába. Márpedig ez az egyetlen lehetőség arra, hogy jelenlétéről tudomást szerezzünk. Permi arra is választ adott, hogy mi történik, amikor a neutrínó az anyaggal kapcsolatba lép. Szerinte a neutrínó behatol a neutronba, kiüt belőle egy elektront, miközben egy proton képződik. Az atommag hasonló megváltozása igen lényeges, ugyanis a pozitív töltések száma ezzel nagyobbá válik, vagyis a kémia nyelvét használva: új elem keletkezik, amelynek rendszáma eggyel nagyobb. Ha például egy ilyen esemény a klóratommal történik, a képződő új elem a radioaktív argon-izotóp lesz, amely — megfelelő mennyiségben — lemérhetővé, tanulmányozhatóvá válik. A jelenséget klór-argon reakciónak nevezik. De térjünk vissza első kérdésünkhöz: hogyan s milyen energiájú neutrínók képződnek a Nap belsejében? A Napban zajló termonukleáris reakciók egyik típusa az úgynevezett „pp"-reakció, amelynek során két proton egy deutériummagot, egy pozitront és egy neutrínót hoz létre. A reakció során felszabaduló energia nagy részét 0,2 MeV-os (megaelektronvoltos) neutrínók szolgáltatják. A neutrínoképződéshez vezető „napreakciók" másik formája a berilium elektronnal való egyesülése, amelynek végterméke a lítium. Itt kétféle energiájú neutrínó képződik: az egyik 0,861, a másik 0,383 MeV-os energiájú. A harmadik reakció-típus, amely sokkal nagyobb energiájú neutrínót termel (14,06 MeV-ost), a bór spontán dezintegrációja. Hasonló — neutrínoképződéssel járó — reakciókat még sorolhatnánk. A neutrínók kísérleti tanulmányozásának alapja az, hogy a különböző energiájú neutrínók anyaggal való egyesülésének valószínűsége és voltaképpeni fizikaikémiai eredménye különböző. Davis amerikai fizikus kutatócsoportja mintegy tíz éve azon igyekszik, hogy a Napban „született” neutrínókat kísérletileg kimutassa és tulajdonságaikat lemérje. A kísérletek több mint nyolc évig eredménytelenek maradtak, s emiatt a kutatók már-már arra a következtetésre jutottak, hogy a Nap energiája nem termonukleáris jellegű. 1971 év áprilisában azonban Davis a következő lakonikus kijelentést tette: „Kísérletek folynak a Napban keletkezett neutrínók klórargon reakció alapján történő megfigyelésére. Detektorként 610 tonna tetraklóretilént használunk. Megállapítottuk, hogy egy argon-atom képződésének naponkénti valószínűsége 0,5+ 0,2. A neutrínó klórral való egyesülésének valószínűsége tehát 10—35 sec—i, ami a teoretikusan kiszámolt 10—35 sec—i értékéhez igen közel esik.1* Davis tetrakloretilén detektorát egy 1400 méter mély dakotai aranybányában helyezte el, hogy minél jobban védje a kozmikus sugaraktól. A Föld belsejében „szállingózó” neutronoktól víziallal védte a tartályt. Gyakorlatilag tehát a detektortartályba a neutrínóén kívül más sugárzás nem hatolhatott be. A tartályban található atomok száma mintegy 1030, amiből a klór-argon reakció útján képződött mintegy 10 (1) argonatom jelenlétét lehet kimutatni. A feladat bonyolultsága ijesztő, a kísérlet mégis megvalósítható, ugyanis a képződött argon-atom erősen radioaktív, és jelenléte érzékeny radiométerekkel kimutatható. (Azonban a klór-argon reakció segítségével csak a legalább 0,8 Mevos neutrínók jelenlétét lehet kimutatni, minthogy ennek a reakciónak az energetikai küszöbe körülbelül ilyen értékű.) Hasonló kérdés megoldására dolgozták ki a Szovjetunióban az úgynevezett gallium-germánium módszert A kisenergiájú neutrínó a galliumot protontöbblet képződéssel germániummá alakítja, ami (10 napos felezési idővel) erősen radioaktív és energia küszöbe 0,233 MeV. Ily módon minden termonukleáris reakcióból származó neutrínó kimutatása gyakorlatilag megoldottnak tekinthető Ma a neutrínó tanulmányozásának jelentőségét a modern fizika fejlődésében és a kozmikus energetikai folyamatok mechanizmusainak megismerésében még egyszerűen lehetetlen felmérni, hiszen már Davis első sikeres kísérletei lehetőséget adtak arra, hogy a Nap működéséről pontos következtetéseket vonjunk ls. Kiderült például, hogy a Nap központjának hőmérséklete nem több mint 14,3 millió fok. A nehéz elemek menynyisége nem haladja meg az egy százalékot, az energiaforrás 95 százaléka pedig olyan magfúziós reakciókból származik, amelyekben a szénatom magjánál kisebb nukleonok vesznek részt. Ez egyelőre nem sok, de mégis több, mint amennyit eddig tudtunk reggelenként ránk mosolygó Napunkról. NIEDERKORN JÁNOS Wolfgang Pauli A hélium 6-os izotópjának bétabomlása A grippe-front áttörése Az első világháború végén, 1918- 19-ben, a spanyolnátha járványnak 20 millió ember esett áldozatául — kereken kétszer annyi, mint a frontokon. Az At-formájú grippe 1947-ben Angliában naponta több mint ezer embert pusztított el, a Hongkong-vírus pedig 1968 decemberében Franciaországban 11 ezer halálos fertőzést okozott. A következő évben az Egyesült Államok 40 millió lakosa betegedett meg influenzában, a halálesetek száma elérte az 50 ezret, az anyagi károkat pedig 4600 millió dollárra becsülték; a kiesett munkanapok száma 35 millióra rúgott. A többi fertőző betegségtől eltérően, az influenza nem kímél sem fiatalt, sem öreget. Nincsen ellene hatásos orvosszer. Minden vírust pusztító gyógyszer súlyos károsodást okoz ugyanis azokban a sejtekben, ahova az élősködő beépült. Ellentétben a közhiedelemmel, a náthalázból kigyógyult beteg is tartós immunitásra tesz szert: a vírusos ellenanyag megjelenése — mint minden más fertőző betegség esetében — ellentestek keletkezését váltja ki. Elég volna tehát csökkentett hatékonyságú ellenanyagot juttatni a szervezetbe, hogy a védettséget biztosító antitestek termelése meginduljon. Erre azonban mindmáig mégsem volt lehetőség. A grippevírus ugyanis évről évre változik, és a variáns ellen nincs immunitás. Pontosabban szólva, az eddigi védőoltások mindig elkésve készültek el. A végbemenő folyamat jobb megértése végett tudnunk kell, hogy a grippe-vírus képezte ellenanyag főleg aminosavakból álló protein. A genetikai központ (RNS) nukleikus állományának szekvenciájában bekövetkező bármiféle véletlenszerű változás azzal a következménnyel járhat, hogy az ellenanyag valamelyik aminosavja helyébe más — nagyobb szervezettségű — aminosav lép. Minthogy az előző járvány idején keletkezett ellentestek védettséget nyújtanak a grippe-vírussal szemben, e vírusoknak nincs esélyük újabb eredményes támadásra, ami valamennyiük pusztulását jelenthetné. Mégsem pusztulnak el valamennyien. A természetes kiválasztás törvényei folytán azok a törzsek, amelyek aminosava megváltozott, ismét szaporodásnak indulnak, mert ezekkel szemben a meglevő ellentestek tehetetlenek. Így az ellenanyag proteinjének kémiai összetételében a glicin nevű aminosav helyébe előbb alanin lép, majd ennek helyét sorra fenilalanin, prolin és végül triptofán foglalja el. Érthető, hogy az új kémiai tulajdonságokkal felvértezett ellenanyag könnyen elbánik a régebben létrejött antitestekkel, viszont az új támadás nyomán keletkező ellentestek megvédik a szervezetet valamennyi előző vírusváltozattal szemben. Amikor a domináns törzs eléri fejlettségének legmagasabb fokát, stabilizáltnak mondjuk, mert vegyi úton nincs további fejlődésre lehetősége. Megállapodása azonban egyben halálát is jelenti. Az emberiség rendelkezik immár a legyőzéséhez szükséges antitesttel. Ez a magyarázata annak, hogy átlag 10— 15 évenként nagy mutációk mennek végbe a vírustörzsekben, s ezek alapvetően megváltoztatják a vírusos ellenanyag vegyi összetételét. Mihelyt az új mutáns létrejött, ismét megindul a változások előbbi sora. A spanyolnátha-vírus 1933- ban történt elkülönítése óta rendre megismertük az Ao, A, A, és Honkong altípusokat (mutánsokat) s mindegyikük számos változatát. Egy, a Time-ban megjelent beszámoló szerint abból a feltevésből kiindulva, hogy a grippe-virus is alá van vetve a természetes kiválasztás szigorú törvényeinek, dr. Szentgróti Fazekas, Ausztráliában élő immunológusnak támadt az a kiváló ötlete, hogy a virus-változatokat hierarchikusan osztályozni lehet védettségi fokuknak megfelelően. A progresszív variáció törvényének felismerése lehetővé tette, hogy laboratóriumi szinten, mesterséges serkentők segítségével siettetni kezdjék a variációs folyamatot és a természetnél hamarább „állítsák elő“ azt a domináns változatot, amely védettséget nyújt valamennyi elődje ellen. Az erre irányuló kutatást nemrég fejezte be sikeresen a párizsi Pasteur-intézet Hannoun professzor vezetése alatt álló munkacsoportja, amely lépésről lépésre megteremtette a körülményeket a változatok előállításához és így több éves előnyre tett szert a természettel szemben. A lezárt kutatások és klinikai vizsgálatok alapján a védőoltás tömeggyártása máris megindult. A tapasztalat azt mutatja, hogy a legnagyobb járványnak is elejét lehet venni, ha a lakosságnak legalább 30 százalékát beoltják. Nem kétséges, hogy a grippe-front áttörése nagy jelentőségű győzelem. Az új védőoltás azonban hatástalan a mutánsokkal szemben, s így joggal tartanak attól, hogy az új immunológiai eljárás meggyorsíthatja a vírustörzsekben végbemenő mutációt. Az Ausztráliától Franciaországig számos kutatólaboratóriumban nagy lendülettel folyó kutatások éppen ezt szeretnék megelőzni. (—én) A HÉT, IV. ÉVF., 10. SZÁM