Kes oli Ettore Majorana? Vaevalt et Emori korraldatud tänavaküsitlus sellele pärimisele ühtki õiget vastust annaks, kui just vastajate hulka ei satuks juhuslikult füüsikateoreetikuid. Mõni perenaine või kokk ütleks võib-olla: "Majoraani ehk vorstirohtu teame küll, aga sellenimelisest mehest pole kuulnud." Jah, Majorana nimi ongi majoraani (Origanum majorana) itaaliakeelne vaste. Majorana nime ei leidnud ma ka ühestki Tartus kättesaadavast entsüklopeediast. Ometi on üks 20. sajandi tippfüüsikuid, Nobeli laureaat itaallane Enrico Fermi kõrvutanud oma kaasmaalast Ettore Majoranat selliste geeniustega nagu Galileo Galilei ja Isaac Newton.
"Majoranas oli midagi, mida pole kellelgi teisel maailmas," on öelnud Fermi. Vähemasti tema kodumaal peetakse Majoranat üheks 20. sajandi suurimaks füüsikateoreetikuks. Maalilises iidses Sitsiilia väikelinnas Erices tegutseb juba mõnda aega Majorana keskus (Centro di cultura scientifica Ettore Majorana), kus on korraldatud kaugelt üle poolteistsaja seminari üpris mitmesugustes valdkondades, füüsika eriharudest keeleteaduseni. Mullu möödus sada aastat Ettore Majorana sünnist. Sel puhul võiks seda nime pisut Eesti lugejalegi tutvustada.
Itaalia füüsikaüldsus tähistas Majorana sünniaastapäeva temale pühendatud rahvusvahelise konverentsiga "Ettore Majorana pärand ja 21. sajandi füüsika" ning tema täieliku artiklitekogumiku väljaandmisega. Ilmudes jäid Majorana artiklid, neid oli vaid kümme, kolleegide-füüsikute tähelepanuta. Kõik need, peale ühe, avaldati Itaalia ajakirjades itaalia keeles, mida enamik mitteitaalia füüsikuid ei vallanud. Seda suurema õhinaga on aga Majorana teaduslikku pärandit uuritud, lahti mõtestatud ja edasi arendatud viimastel aastatel.
Üheskoos maailmakuulsustega
Ettore Majorana tuli ilmale 5. augustil 1906 Sitsiilia rannikulinnas Catanias auväärse ja hinnatud sideinseneri peres. Ta oli eelviimane viiest lapsest. 1921 kolis pere Rooma. Isa kutsuti 1928 tööle Itaalia sideministeeriumi peainspektoriks. Ettore lell Quirino oli Bologna Ülikooli füüsikaprofessor. Lelle nime - Majorana efekt - kannab üks magnetoptilisi nähtusi, mille ta avastas. Temaga pidas Ettore küpse füüsikuna elavat kirjavahetust. Klassikalise koolihariduse sai Ettore Roomas jesuiitide käe all. Lütseumi lõpetas ta 1923, särava andega õpilasena aasta varem, kui ette nähtud. Astudes isa jälgedes, immatrikuleerus Ettoregi samal aastal Rooma Ülikooli tehnikateaduskonda. Seal sõlmus sõprus hiljem tuntud USA füüsiku, antiprootoni kaasavastaja ja 1959. aasta Nobeli füüsikalaureaadi Emilio Segrèga. 1926 läks Segrè tehnikateaduskonnast üle Enrico Fermi juhtimisel töötavasse füüsikainstituuti. 1928 siirdus Segrè õhutusel samasse ka Majorana.
Esimese teadustöö avaldas Majorana üliõpilasena. Juba 1929. aasta suvel kaitses Majorana Fermi juhendamisel valminud doktoriväitekirja "Radioaktiivsete tuumade kvantmehaanikast". Järgnes viieaastane intensiivne tööperiood. 1933. aastal töötas ta pool aastat Leipzigis koos kvantmehaanika kaaslooja Saksa kuulsuse Werner Heisenbergiga, lühiajaliselt viibis külalisena Niels Bohri juures Kopenhaagenis. See oli Majoranale erakordselt viljakas loomeperiood. Siis järgnes mitmeaastane mõõnaperiood, mil Majorana ei avaldanud midagi ja harva väisas töökaaslasi Fermi rühmast. Tollased kolleegid on teda iseloomustanud kui äärmiselt tagasihoidlikku, häbelikku ja endassetõmbunud, kuid ühtlasi isemeelset natuuri.
13. jaanuaril 1938 asus Majorana Napoli Ülikooli teoreetilise füüsika professori kohale ja seda väljaspool tavakonkurssi: haridusminister nimetas ta ametisse Fermi soovitusel "erilise väljapaistvuse eest". Õppejõuamet oli Majoranat ammugi paelunud. Ta asus loenguid pidama ainult viieliikmelisele rühmale, kellest enamik olnud naisüliõpilased. Loengutes tutvustas Majorana kuulajaid kvantfüüsika ja relatiivsusteooria alustega, mis tollal Itaalia füüsikkonnas veel kaugeltki üldist heakskiitu polnud leidnud. Loengud katkesid tema jäljetu kadumisega 26. märtsil 1938. Enne seda andis ta ühe oma üliõpilase kätte mapi loengukonspektidega, paludes seda hoolikalt hoida. "Kui ma naasen, siis arutame neid asju," sõnanud ta seejuures. Mappi hoiab nüüd juba eakas daam siiamaani kui kallist reliikviat. Neist konspektidest on hilisemal läbiuurimisel leitud teooriapärle, mis ennetasid Majorana kaasaegsete füüsikute avastusi.
Majorana teaduspärand
Oma lühikesel loomeperioodil jõudis Majorana avaldada vaid üheksa teadustööd.
Kümnenda käsikiri "Statistiliste seaduste tähtsus füüsikas ja sotsiaalteadustes" leiti temast järele jäänud paberite hulgast ja kolleegid avaldasid selle juba pärast tema kadumist. Selles kõrvutas Majorana nõnda erinevaid valdkondi nagu kvantfüüsikat ja rahvastiku-uuringuid ning näitas, et kummaski on statistilised meetodid vältimatud.
Majorana esimesed tööd käsitlesid aatomi- ja molekulispektroskoopia probleeme, muu hulgas heeliumi- ja vesinikumolekulide moodustumist. Ta oli hiilgav matemaatik, kuid ei kaotanud kunagi silmist uuritava füüsikalist sisu. Lühima ja otstarbekaima lahenduse leidmisel tugines ta käsitletava aatomsüsteemi sümmeetriaomadustele, seega nüüdisfüüsikas laia rakendust leidnud rühmateooriale. Nii mõnegi lahendusviisi ja teooria arendas ta välja aastaid enne, kui nendeni jõudsid sellised USA suurfüüsikud nagu Eugene Wigner ja Richard Feynman, kel tema itaaliakeelsetest artiklitest aimu polnud. Majorana teoorialoomele on iseloomulik eriline elegants, arvutusvõtete teravmeelsus ja originaalsus.
Majorana teoreetiline uurimus ferromagneetikute käitumisest vahelduvas magnetväljas oli algiduks raadiospektroskoopia tekkele. Selles töös ennustas ta nähtust, mida nüüd tuntakse Majorana-Brosseli efekti nime all.
Poola-Prantsuse abielupaar Irène ja Frédéric Joliot-Curie'd avastasid 1930, et ühel tuumareaktsioonil paiskub tuumast mingi neutraalne osake. Kuna tollal tunti alusosakestest üksnes elektroni, prootonit ja footonit, pidasid nad seda uitosakest ekslikult footoniks. Majoranale oli aga sedamaid selge, et tegu peab olema raske osakese, "neutraalse prootoniga", seega neutroniga. Ta mõistis, et aatomituumad ei saa koosneda üksnes positiivsetest prootonitest - võimsad elektrijõud paiskaksid need laiali. Tuum peab sisaldama ka neutroneid, mida koos prootonitega seovad tervikuks uutlaadi võimsad jõud - tuumajõud. Kui Fermi õhutas teda sellest kohe artikli kirjutama, lõi Majorana vaid käega: lahendatud probleem ei pakkunud talle enam huvi. Nõnda kirjutaski Fermi hiljem ühe artikli tema eest (muidugi Majorana nime all) ja suunas selle viivitamata trükki.
Oma teadustöösse näis Majorana suhtuvat kui mängu. Arvutuste lõpptulemused kritseldas vahel suitsupakile, mille hiljem minema viskas. Artikleid avaldanud ta vaid kolleegide pealekäimisel, kuigi kõik biograafid seda väidet ei kinnita. Siiski, Heisenbergi survel avaldas ta oma mõttekäigud ja arvutused saksakeelses artiklis "Tuumateooriast" - ainsas, mis veel tema eluajal laialdast tähelepanu ja hindamist pälvis.
Fermi rühmas osales ta ka katses, kus esmakordselt 1934. aastal täheldati uraanituumade lõhenemist, kuigi tollal veel ei taibatud, millega päriselt tegemist on.
Eriline koht Majorana loomepärandis on tema viimasel, enne lahkumist avaldatud artiklil "Elektroni ja positroni sümmeetriline teooria" (1937). Selles põhjendas ta teoreetiliselt hüpoteesi, et peale osakeste, mille antiosakesed on osakestest selgelt eristatavad (nt negatiivse laenguga elektron ja positiivne positron), võib looduses esineda ka osakesi, mille antiosake on osakesest eristamatu. Esimesi tuntakse praegu Diraci osakestena, teisi Majorana neutriinodena. Paul Dirac (1902-1984) oli Inglise suurfüüsik, Nobeli laureaat, relativistliku kvantmehaanika looja. Neutriinod, need kergeimad ja kõike läbistavad elementaarosakeste peres, on ka nüüd, pärast 70 aastat kestnud uuringuid, jäänud paljuski mõistatuslikuks. Samas pakuvad nad tohutut huvi nii osakestefüüsikas kui ka kosmoloogias. Tuntud Itaalia/Nõukogude Liidu füüsik Bruno Pontecorvo on öelnud, et nüüdisaegse neutriinofüüsika keskseks küsimuseks on see, kas neutriino on ühtaegu ta enda antiosake või mitte, teisisõnu - ons ta Diraci või Majorana osake.
Teoreetilised hinnangud ja katseandmed ütlevad, et neutriino mass peaks olema üpris nullilähedane, kuid siiski nullist erinev. Majorana neutriinode eksperimentaalsed otsingud käivad agarasti juba paarkümmend aastat. On selgunud, et looduses on vaid üksainus nähtus, mis kindlalt näitaks neutriinode Majorana-loomust. See on topelt-beetalagunemine, haruldasim radioaktiivse lagunemise liik, mis saab ilmneda üksnes kümmekonna isotoobi puhul. Sel tuumaprotsessil kiirgub neutroni teisenemisel prootoniks kaks beetaosakest (elektroni) korraga. Ja - paradoksaalne küll, tõestuseks oleks topelt-beetalagunemine, mille puhul neutriinosid ei täheldatagi; seega neutriinovaba beetalagunemine. Teooria näitab, et siis peaks kiirguma kaks Majorana neutriinot, mis aga koheselt tuumas neelduvad. Aastat viis tagasi hakkas ilmuma töid, milles väideti, et Heidelbergi ja Moskva füüsikute ühiskatses ühe germaaniumi isotoobiga 76Ge on õnnestunud sellist protsessi tuvastada. Kummatigi pole kõik füüsikud nende katsete tõlgendamises ühte meelt. Katsed jätkuvad. Praegu on nendele keskendunud ühendus, millesse on liitunud üle saja füüsiku kuueteistkümnelt maalt. Eks seegi näita Majorana teaduspärandi ülimat aktuaalsust.
Majorana neutriino avastamine aitaks selgitada nii mõndagi universumi sünniloo, Suure Paugu kohta. Võimalik ka, et universumi ühest kaalukaimast koostisosast, vaadeldamatust tumeainest, moodustavad olulise osa neutriinod, võib-olla siis nende Majorana variant.
Saladuslik kadumine
26. märtsi õhtul 1938 astus Majorana Palermost Napolissse suunduva postilaeva pardale. Sellest peale pole teda enam nähtud. Kuhu ja kuidas siis Majorana kadus? Versioone on pakutud terve hulk, kindlat kinnitust pole ühelgi.
Eeskätt võib muidugi kahtlustada enesetappu. Kummatigi on Majorana pihiisa monsignore Riccieri väitnud, et hea katoliiklasena poleks Majorana iial suitsiidile läinud. Pealegi otsiti surnukeha väga hoolikalt kõikjalt, ka merest. Otsingute õhutamisse sekkus Fermi palvel isegi diktaator Benito Mussolini. Riccieri paistnud midagi veel teadvat, kuid pihisaladus on püha ja seda ei reedeta.
Veel on oletatud natside või USA eriteenistuste korraldatud inimröövi andeka teadlase rakendamiseks oma huvides või siis tema kõrvaldamiseks vastaste kasuks töötamast.
On arvatud ka seda, et Majorana tahtis teiseneda uueks isikuks ning siirdus inkognito väljamaale.
Põhjalikult on analüüsinud Majorana haihtumise lugu Ukraina füüsik Oleg Zaslavski. Tema arvates oli Majorana ise nii katseobjekt kui ka katsetaja, nagu toimivad mõnikord arstid uue ravimiga. Zaslavski peab tõenäoseimaks, et Majorana üritas endaga modelleerida Schrödingeri kassi - näida üheaegselt nii elusana kui ka surnuna.
Selgituseks: Schrödingeri kass on kvantfüüsika ühe looja sakslase Erwin Schrödingeri mõttekatse. Katses suletakse kass kasti, milles on ampull tsüaankaaliumiga. Kastis on ka radioaktiivne isotoop. Kui üks selle aatomeist laguneb, käivitab lagunemist täheldav andur seadme, mis ampulli purustab ja kassi hukutab. Enne kasti avamist võib öelda, et kass on ühtaegu nii elus kui surnud. Alternatiiv laheneb alles kasti avamisel. Radioaktiivse aatomi lagunemist määravad kvantfüüsika tõenäosuslikud juhuseseadused. Mitte keegi ei saa ette öelda, milline aatom ja millisel hetkel laguneb ja paiskab välja saatusliku osakese. See kujutluspilt oli esitatud, illustreerimaks kvantmehaanilist olekute superpositsiooni.
Aga tagasi Majorana juurde. Nimelt kirjutas ta Napolisse füüsikainstituudi juhatajale kirja, millest võib selgelt välja lugeda kavatsust elust lahkuda. Pea ühtaegu läkitas ta telegrammi, milles olid sõnad: "...meri lükkas mind tagasi... Kuid õppetöös ma enam osaleda ei kavatse." Ja perekonnale läks kiri palvega mitte kanda tema mälestuseks musti leinariideid. Nädal enne kadumist tühjendas ta oma pangaarve. Enesetapja ilmselt raha ei vajanuks. Kui tollal Brasiilias töötanud tuumafüüsik Giuseppe Occhialini 1938. aastal korraks kodumaile naasis ja Majoranat kohtas, öelnud viimane: "Tulnuks sa nädal hiljem, poleks sa mind enam kohanud." Kui Occhialini sõnanud, et temalgi on enesetapumõtteid olnud, märkinud Majorana: "Mõned mõtlevad sellest, teised teevad teoks."
On arvatud ka, et Majorana lahkus ajaloo areenilt, kuna nägi ette tuumapommi koledusi ega tahtnud selle loomisel osaleda, eriti teha seda Mussolini fašistliku valitsuse heaks. See on siiski väheusutav. Tol ajal ei pidanuks veel keegi tuumaenergia sõjalist rakendamist ette nägema. Kuigi Majorana taoline geenius võis.
Seda versiooni on eriti propageerinud Sitsiilia kirjanik Leonardo Sciascia oma raamatus Majoranast. Majorana endised kaasfüüsikud on aga seda raamatut ägedasti vaidlustanud. Kummatigi äratab see oletus mõtteid teadlase vastutusest ühiskonna, koguni inimkonna ees. Mõtteid, mis tänapäevalgi nii aktuaalsed.
Argentinas Buenos Aireses olevat keegi naine öelnud, et kohtas meest, kes väitis: "Aga Itaalias olin ma kord kuulus füüsik." Hiljem seda naist leida ei õnnestunud.
On väidetud ka, et Majoranat on nähtud koputamas Napoli või Portici lähistel asuva kloostri väravale. Kui ta tõepoolest eraldus kloostriüksindusse, huvitav, millega ta seal tegeles? Kas edasise teadusloomega, nagu üks teine munk, Gregor Mendel? Ja millised teaduspärlid võiksid siiani koltuda kloostri arhiivides?
Lõpuks käibib veelgi üks versioon. Majorana ei saanud läbi oma ülivõimuka emaga, eriti pärast isa surma. Nii siis oletataksegi, et ta tahtis pääseda autoritaarse mammikese võimupiirkonnast ja seepärast pageski. Kes teab, ehk see sügavalt isiklik põhjus ongi tõenäoseim, eriti tema isiksuse labiilsust silmas piddaes.
Nähtavasti jääbki Majorana kadumise lugu alatiseks saladusloori alla. Ent füüsikalukku on ta jäädvustunud sähvatanud meteoorina, mille pimestav helk alles nüüd on teadlastele silma hakanud.
LOE VEEL
http://www.ettoremajorana.eu/biografia.html
Universumi mikromaailm. Koostanud-toimetanud Jaak Lõhmus ja Rein Veskimäe. OÜ Reves Grupp, 2003.
HENN KÄÄMBRE (1935) töötab Tartu Ülikooli Füüsika Instituudis, füüsika-matemaatikadoktor. Ta on populariseerinud füüsikateadusi aastakümneid, mitmete populaarteaduslike raamatute autor ja tõlkija.
