M. Dorešić: Pozitronij rođen u Zagrebu

„Kad se neki znanstveni rad i pedesetak godina nakon nastanka učestalo citira, onda se nedvojbeno radi o važnom doprinosu znanosti. Još veću pozornost izaziva činjenica da je autor tog rada bio srednjoškolski profesor a ne profesionalni znanstvenik. Važno otkriće bio je — pozitronij, a čovjek koji ga je predvidio proveo je najveći dio života – u Zagrebu. Profesor Stjepan Mohorovičić, ‘otac’ pozitronija, potpuno nepoznat našoj javnosti, umro je prije dvije godine. Neka ovaj članak pomogne čitatelju shvatiti važnost i dalekosežnost Mohorovičićevog otkrića, neka pomogne pronaći pravo mjesto u novijoj hrvatskoj (i južnoslavenskoj) znanosti za ovog samouka i zaljubljenika u nauku.“

Oko, 10–24. lipnja 1982.

Ovako je u Oku prije punih četrdeset godina pisao moj dragi kolega fizičar Hrvoje Galić, prijatelj i znanac još s naše srednjoškolske međunarodne olimpijade iz fizike IPhO 2 održane u Budimpešti 1968.

Hrvojev životni put, od studentskih dana i kasnije, najbolje bi mogao objasniti zašto je upravo on bio ta osoba koja je osjećala svojom dužnošću iz zaborava, i ne samo zaborava nego i rigidnog potiskivanja imena i djela, istrgnuti lik i djelo Stjepana Mohorovičića. Tko je sve u tom prikrivanju i potiskivanju velikana imao svoje prste nije teško dokučiti. Pravo je čudo kako se npr. tadašnja JAZU pravila naivnom i nevinom…

Fizičar Stjepan Mohorovičić s ocem Andrijom Mohorovičićem / Izvor Twitter DHMZ-a

Hrvoje Galić, moj stariji kolega i na studiju teorijske fizike, aktivan je bio i u Hrvatskom proljeću. Bio je predsjednik Inicijativnog odbora na Prirodoslovno-matematičkom fakultetu u štrajku hrvatskih sveučilištaraca potkraj 1971. i stoga završio na milicijskim informativnim razgovorima u Petrinjskoj, gdje je doživio poprilične torture. Pravo je čudo da nije završio na robiji, ali ga je sve do odlaska sa suprugom u SAD potkraj sedamdesetih pratila Služba državne sigurnosti i uredno pritvarala onih dana kada je drug Tito dolazio u Zagreb. U vezi s tim zbio se i komičan događaj kada je ondašnja milicija pokucala na vrata Hrvojeva stana u zagrebačkoj Dubravi u kojem je kao podstanar živio drugi naš kolega s Instituta Ruđer Bošković u vrijeme kada je Hrvoje već radio na američkom Stanfordu.

A kako se zemlja zaklela raju da se sve tajne saznaju, tako je i naš Hrvoje došavši na Stanford u drugoj polovici sedamdesetih među teorijske fizičare od kalibra doživio životni šok. Pitaše ga: „Kolega, vi ste iz Zagreba? Pa iz Zagreba je Stjepan Mohorovičić, otac pozitronija, zar ne?!“ A moj Hrvoje pojma nema i nema… A zašto? A zašto? Ljudi, je li to moguće?

Nepoznati uspjeh domaćeg znanstvenika

Je li moguće da u Hrvatskoj do te 1982. godine nitko nije u našim akademskim krugovima ni jednom riječju spominjao svjetski poznat znanstveni doprinos Stjepana Mohorovičića, sina Andrije Mohorovičića?!

Mohorovičićev članak u uglednom znanstvenom časopisu

Hrvoje Galić napisao je 1982. u časopisu Oko:  „Potkraj dvadesetih godina ovog stoljeća nova grana znanosti, relativistička kvantna fizika, nezadrživo je mijenjala sliku mikrosvijeta, pomogavši da opet budemo korak bliže razumijevanju prirode i njezinih zakonitosti, novim načinom mišljenja, novim metodama koje su još početkom stoljeća zacrtali Planck i Einstein; u samo nekoliko godina, od 1925. do 1930., uspjelo je novu teoriju zaokružiti i objasniti sve do tada nerazumljive pojave u fizici najsitnijih djelića materije. Najznačajniji predstavnici te generacije, Bohr, de Broglie, Dirac, Heisenberg, Pauli, Schrödinger…, već se odavno spominju i u školskim udžbenicima.“

Hrvoje Galić nastavlja: „Vrhunac plodnog razdoblja Stjepana Mohorovičića obilježava rad o elektrumu (pozitroniju) iz 1934., koji nadvisuje sve ostalo što su teorijski fizičari načinili između dva rata u ovim našim krajevima.

Približno u doba nastanka njegovog najznačajnijeg rada o elektrumu (objavljenog u prestižnom časopisu ‘Astronomische Nachrichten’), S. Mohorovičić se natječe za mjesto profesora teorijske fizike na Ljubljanskom sveučilištu, ali i prije isteka natječaja, odlukom kraljevske vlade, katedra biva ukinuta kao nepotrebna. Ni nešto kasniji pokušaj u Beogradu ne uspijeva. Stvaralačka iskra u ovom osamljeniku znanosti polako se gasi, do časopisa i novih knjiga sve mu je teže dolaziti, matematička tehnika postaje toliko složena da praćenje novih teorija zahtijeva mnogo više vremena no što srednjoškolski nastavnik može sebi priuštiti, i nakon tog razdoblja Mohorovičić više neće uspjeti ići u korak s profesionalnim znanstvenicima.

No elektrum, vezano stanje čestice i antičestice, pronijet će njegovo ime do naših dana. Prvi val priznanja dolazi nakon otkrića Mohorovičićevog elektruma, odnosno pozitronija, 1951. Teoretičari su sad već znali puno preciznije izračunati svojstva pozitronija. Otkrilo se također da su elektron i antielektron u pozitroniju vrlo brzi, što je suprotno Mohorovičićevoj pretpostavci. No ipak, njegov proračun, točan u nerelativističkoj aproksimaciji, a posebice smjela ideja koja je preduhitrila za cijelo desetljeće slične pokušaje ostalih fizičara, bili su odlučni faktori kod donošenja ocjene da je upravo prof. Stjepan Mohorovičić ‘otac’ pozitronija.“

Dvadesetih godina prošlog stoljeća rađala se kvantna fizika. Planetarni model atoma kakav je u početku zamislio i matematički obradio Niels Bohr postao je neodrživ. (Atom vodika sto tisuća je puta veći od svoje jezgre – protona). Naime, zamišljeno gibanje elektrona oko jezgre po elipsama i kružnicama došlo je u kontradikciju sa čvrstim spoznajama iz dotadašnje eksperimentalno provjerene fizike, posebno klasične elektrodinamike. Potom su Schrödinger i Heisenberg apstraktnom matematičkom formulacijom dali prijelaz na kvantnu fiziku koja je u slučaju vodikova atoma doživjela trijumf.

Mladi fizičari na Drugoj međunarodnoj srednjoškolskoj olimpijadi iz fizike u Budimpešti, 1968. / Privatna arhiva Miroslava Dorešića

Slaganje s eksperimentalnim činjenicama o svojstvima atoma u periodnom sustavu elemenata bilo je zapanjujuće. Znanstveni postulati: originalnost, egzaktnost, reproducibilnost, a posebno prediktivnost došli su do punog izražaja. Apstraktni matematički aparat opisivao je upravo ono što se u mnogim eksperimentima i mjerenjima zapažalo. Koju godinu poslije Dirac postavlja još zamršeniji matematički formalizam i predviđa postojanje antičestice elektronu, koju je nazvao pozitron. Ponovni trijumf četvrtog postulata znanosti, trijumf prediktivnosti, jer je godinu poslije pozitron i pronađen.

U taj povijesni znanstveni slijed ubacuje se hrabro naš junak Stjepan Mohorovičić i teorijski predviđa postojanje svojeg elektruma. U usporedbi s vodikovim atomom kao vezanim stanjem protona i jednog elektrona ovdje je riječ o vezanom stanju pozitrona i elektrona koji imaju podjednake mase pa je problem daleko složeniji jer se trebao rješavati kao problem dvaju tijela. U vodikovu atomu to nije tako jer je proton 1863 puta veće mase od elektrona, što sliči problemu gibanja planeta oko Sunca. Pretpostavka Stjepana Mohorovičića bila je da elektron i pozitron izvode gibanja mnogo manjih brzina od brzine svjetlosti pa nije uzimao u obzir relativističke efekte. Pedesetih i šezdesetih godina prošlog stoljeća utvrđeno je da i proton kao elementarna čestica ima svoju strukturu i da se sastoji od triju manjih čestica – triju kvarkova. Utvrđena je i struktura drugih „teških“ elementarnih čestica poput mezona, koji su sačinjeni od dvaju kvarkova i u kojima se kvarkovi gibaju nerelativistički, dakle brzinom mnogo manjom od brzine svjetlosti.

Nobelova nagrada za otkriće

Citat iz Oka: „Istraživanja vezana za pozitronij zanimala su ipak relativno mali krug fizičara, pa je naš znanstvenik bio poznat samo uskoj grupi specijalista. Ali novo iznenađenje događa se 1974. Potkraj listopada otkrivena je potpuno neočekivano ‘psi’ čestica, čija su svojstva izazvala pravu zabunu među fizičarima elementarnih čestica. Dok se u pravilu teške čestice brzo raspadaju, teški ‹psi› mezon je bio vrlo stabilan. Teoretičari uskoro shvaćaju da je neobična čestica ‘brat’ elektruma. Umjesto elektrona i pozitrona, teški kvark i antikvark grade psi-mezon. Ovo otkriće ne samo da je pružalo izvrsnu podršku kvarkovskoj teoriji materije, već je dalo novi podstrek cijeloj visoko-energetskoj fizici. Eksperimentatori-otkrivači psi-čestice ubrzo dobivaju za svoj rad uz ostala priznanja i Nobelovu nagradu.

Ono što nas može posebno zanimati jest da se u psi-mezonu, i ostalim, kasnije otkrivenim sličnim česticama, kvarkovi doista gibaju – nerelativistički. Zato se račun S. Mohorovičića, uz samo neznatnu izmjenu u potencijalu i zamijenivši masu elektrona s masom kvarka, može redak po redak prepisati pri istraživanju čestica iz psi-obitelji. Ponovno se tako ime zagrebačkog nastavnika našlo na stranicama vodećih svjetskih fizikalnih časopisa, no ovaj put u području što zanima mnogo veći broj fizičara nego što je bilo u slučaju pozitronija. Za najnoviji obrat prof. Mohorovičić na žalost nije više saznao. U dubokoj starosti, zaboravljen i ne doživjevši nikakvog priznanja u vlastitom narodu, umro je 13. veljače 1980.“

Danas nam se ideja Mohorovičićeva elektruma čini jednostavna. No tek 1945, punih jedanaest godina kasnije, fizičar Arthur E. Ruark obnavlja tu ideju vezanog stanja pozitrona i elektrona, pa elektrum dobiva novo ime – pozitronij. Tek 1951. pokus Martina Deutscha dokazuje postojanje pozitronija u laboratorijskim uvjetima.

No, ako već naša akademska elita između dva rata, zbog navedenog, nije mogla uvidjeti Mohorovičićev doprinos fundamentalnoj znanosti, onda današnja sigurno može i mora. Predlažem da se pokrene inicijativa te da se barem jedna akademska ili obrazovna institucija nazove njegovim imenom, a pritom treba odati priznanje i kolegi fizičaru Hrvoju Galiću koji ga je hrabro, sada već davnih osamdesetih godina, istrgnuo iz zaborava. 

Miroslav Dorešić
Vijenac