Buxoro davlat universiteti - bet 3

Xulosalar.
-Adronlarning haddan tashqari ko‘pligi va leptonlarning kamligi fiziklarni o‘ylantirib qo‘ygan. Kvark gipotezasini ilgari surish, kvarklar turining soni leptonlar turining soniga teng bo‘lishi kerak, degan qoidaning shakllanishiga olib keldi.
- Jahondagi minglab fiziklar o‘tgan asr davomida o‘zlarining nazariyalari va eksperimentlari asosida materiyaning ajoyib fundamental manzarasini yaratishdi va u Zarrachalar va Kuchlarning Standart Modeli degan nom oldi. Standart Model bugungi kunda yaxshi tekshirilgan fizik nazariyadir va u ko‘plab turli-tuman hodisalarni tushuntirib va oldindan aytib bera oladi.
- Kuchli o`zaro ta`sirni vujudga keltiruvchi haqiqiy fundamental o`zaro ta`sir – bu kvarklar orasidagi o`zaro ta`sir kuchlardir. Kvarklar o`zaro bir-biri bilan ta`\sirlashadi va buning natijasi o`laroq yadrodagi proton va neytronlar orasidagi o`zaro ta`sir vujudga keladi. Tabiatdagi uchinchi fundamental o`zaro ta`sir bu kvarklar orasida glyuonlarning almashishi natijasida o`zaro ta`sirning paydo bo`lishidir.
- yangi zarralar birlamchi elementar zarralarning ichida joylashgan emas, balki to`qnashuvlarning yuqori energiyalari hisobiga paydo bo`ladilar. Bu erda eynshteynning mashxur formulasi ya`ni energiya va massaning ekvivalentligi ishlaydi: agar zarralar yuqori energiyalargacha tezlashsa, to`qnashuv natijasida paydo bo`lgan zarralarning massalari birlamchi zarra yoki zarralarning kinetik energiyasidan kichik bo`ladi.
2-BOB. Olamning hozirgi zamon ilmiy fizik manzarasini tushuntirishda bozonlarning hissasi. 2.1. Xiggs bozoni va olam paydo bo’lishining yangicha nazariyalari.
Zamonaviy texnologiyalarning keskin rivojlanishi bir qator ilm-fan yo'nalishlarida yangi yutuqlarga erishishda keng yo'l ochib bermoqda. Ayniqsa,so'nggi yillarda elementar zarralar fizikasi sohasida erishilayotgan yutuqlar salmoqlidir. Shuning uchun ham biz ushbu sahifalarda shu sohada qo'lga kiritilayotgan ilmiy natijalar haqida so'z yuritmoqchimiz. Fizika fanidan bizga ma'lumki, barcha elementar zarralar bir-biriga aylanib turadi. Xo'sh, bu jarayon qanday yuz beradi va elementar zarralar olami haqidagi yangi bilimlarning istiqbollari qanday? Odatda, biror zarrani parchalash yoki boshqa zarra(lar)ga aylantirish uchun uni juda katta tezlik bilan harakatlanayotgan boshqa bir elementar zarra bilan to'qnashtirish kerak. Buning uchun juda katta elektromagnit maydoni hosil qiladigan tezlatkichlardan foydalaniladi. Zamonaviy tezlatkichlar zaryadli zarralarga yorug'lik tezligiga juda yaqin bo'lgan tezliklarni bera oladi. To'qnashayotgan zarralarning energiyalari qancha katta bo'lsa, shunchalik ko'p va og'ir zarralar hosil bo'ladi. Chunki, zarralarning tezligi ortganda ularning massalari ham ortadi. Nazariy jihatdan massalari ortgan har qanday ikki juft zarradan hozirgi kunda ma'lum bo'lgan barcha zarralarni olish mumkin. Bugungi kunga kelib «elementar zarralar» deb ataluvchi zarralar soni ikki yuzdan ortib ketdi. Elementar zarralar sonining bunchalik ko'pligi ularni «elementar» ekanligini gumon ostiga ham oldi. Elementar zarralarning massasi energetik birlik bo'lgan MeV (million elektron volt) yoki GeV (milliard elektron volt) birliklarda ifodalanadi. Bu birliklar kilogramlarda ifodalangan massani yorug'lik tezligi kvadratiga ko'paytirish (mc2) natijasida hosil qilinadi. Elementar zarralar bugungi kunda ularning massasi, elektr zaryadi, spini va yashash vaqtlari bo'yicha guruhlarga ajratilgan. Guruhning boshida foton turadi. Foton (spini 1 ga teng) yakka o'zi birinchi guruhni tashkil etadi. Navbatdagi guruh yengil zarralardan — leptonlardan (spinlari 1/2 ga teng) iborat. Undan keyingisi mezonlar (spinlari 0 ga teng) guruhi. Va so'nggi guruh barionlardir (spinlari, asosan, 1/2 ga teng). Elementar zarraning spini deganda, uning xususiy impuls momenti tushuniladi. Spini butun songa teng bo'lgan zarra Bozon (Boze-hind fizigi nomi bilan) ham deyiladi.Elementar bozonlar kalibrovkalangan maydon kvantlari bo'lib, ular yordamida leptonlar va kvarklarni o'zaro ta'sirlashuvi amalga oshadi. Bunday bozonlarga foton (elektomagnit o'zaro ta'sirda), glyuon (kuchli ta'sirda) va W va Z-bozonlar (kuchsiz o'zaro ta'sirda) misol bo'la oladi. Shuni ham aytib o'tish lozimki, barcha bozonlar (W± - bozonlardan tashqari) zaryadga ega emas.
2.1.1-chizma. Ushbu chizmada «Standart model» deb atalgan nazariya taklif etilgan.
Xo'sh, Xiggs bozoni nima? O'rta maktab kursida elektronlarni planetalarga o'xshash kichik sharlar deb, kvant mexanikasidan xabari bor insonlar esa,ularni bulutlar deb tasavvur qiladi. Yoki «maydon», «to'lqin», yohud «zarra» deb hisoblaydilar.Xiggs bozoni Xiggs maydoni kvanti bo'lib, zarralar bu maydondan o'tganda qarshilikka uchraydi, ya'ni ularning massasi o'zgaradi. Aniqrog'i, Xiggs bozoni elementar zarralarni massa bilan ta'minlaydi. Ya'ni buni, elementar zarralarni «qovushqoq» maydonda og'irlashib qolganday tasavvur qilish mumkin. Bu modelga binoan bizning olamimiz shu bozonlarga to'la va ularni elementar zarralar bilan ta'sirlashuvi natijasida massaga ega bo'ladilar deb tasavvur qilinadi. Shuning uchun ham ushbu zarrani tabiatda mavjudligini isbotlash nazariy fizika uchun juda dolzarb masala edi. Xiggs bozonining topilishi fan va elementar zarralar fizikasi uchun juda katta progress hisoblanadi. Birinchi navbatda zarralar va olamni qanday tuzilganligi to'g'risidagi bilimlarimiz yanada mukammallashadi.Shotlandiyalik 35 yoshli fizik Piter Xiggs 1964-yili nazariy fizika sohasidagi taniqli ilmiy jurnallardan birida bor-yo'g'i bir yarim betdan iborat bo'lgan ilmiy maqolasida shunday bozon mavjudligini bashorat qilgan edi. Ushbu tadqiqot ishida tadqiqotchi o'zining keyinchalik «Standart model» deb atalgan nazariyasini taklif etdi. Bu nazariyani yaratishda Xiggs g'ayrioddiy skalyar maydon xossalariga asoslangan edi. Aynan mana shu maydon keyinchalik «Xiggs maydoni» deb atala boshlandi. Shundan buyon «Standart model» elementlari qatoriga b va t-kvarklarni hamda W va Z-bozonlarni kiritish mumkin. Lekin,ko'p urinishlarga qaramay Xiggsning kvant maydoni (Xiggs maydoni)ni aniqlashning iloji bo'lmagan edi.Bugungi kunda elementar zarralarning tuzilishi va o'zaro ta'sirlashuvining nazariy hamda amaliy tasdig'ini topgan «standart model» deb ataluvchi model yordamida tushuntiriladi. Kam sondagi postulatlarga asoslangan bu model yordamida elementar zarralar olamida kechuvchi minglab turdagi jarayonlarni nazariy jihatdan bashorat qilish mumkin. Fiziklarning fikriga ko'ra, bu model hali to'la mukammal shaklga yetgani yo'q. Bu modelning asosiy qahramonlari klassik mexanikadagi zarralar yoki «zarra-to'lqin»lar emas, balki kvant maydoni hisoblanadi. Bugungi kunda fiziklar «zarra» deganda alohida 2.1.2-chizma.Engler-Braut-Xigss qarashi.
nuqtaviy obyektni emas, balki aynan maydon holatini tushunadilar. Shuning uchun ham Xiggs bozonini amalda topish uchun insoniyat tarixidagi eng qimmat (umumiy qiymati 10 milliard dollarga yaqin) bo'lgan Katta adron kollayderi qurildi. Katta deb atalishiga cabab, o'lchamlari juda katta bo'lgani, aniqrog'i, aylana ko'rinishdagi tezlatkichning uzunligi 26 659 metrga tengligidandir, adron deyilishiga sabab, ushbu tezlatkich adron, ya'ni og'ir zarralarni tezlashtiradi, kollayder degani «to'qnashtiruvchi» ma'nosini beradi, ya'ni og'ir zarralar qarama-qarshi yo'nalishda tezlashtirilib ma'lum nuqtada to'qnashtiriladi. Kollayder yer yuzasidan 100 metr chuqurlikda joylashgan bo'lib, Shveytsariya va Fransiya hududlaridan o'tgan. Bu yerda 100ga yaqin davlatlardan tanlab olingan 10 000dan ko'proq yosh olim va muhandislar ilmiy izlanish olib bormoqdalar. Kollayder-tezlatkich yordamida Xiggs bozoniga mos keladigan massa diapozoni aniqlandi. Yuqorida aytib o'tganimizdek, ushbu kollayderda zarrachalar misli ko'rilmagan katta energiyaga ega bo'lgan holda to'qnashuvga uchraydilar. Bu eksperimental izlanishlar davomida olimlar qachonlardir koinotda yuz bergan Katta Portlashdan so'ng yuz bergan jarayonlarga yaqin holatni o'rganmoqdalar. Boshqacharoq aytadigan bo'lsak, biz bu yerda borliq dunyo paydo bo'lgan dastlabki nanosekunddan keyingi holat guvohi bo'lamiz. O'sha holatda butun borliq dunyo kvarklar va boshqa zarralardan tashkil topgan qizigan plazmalardan iborat bo'lgan. Xiggs bozoni avvaliga nazariy jihatdan bashorat qilingan bo'lsa-da, oradan bir necha yil o'tib, 2012-yilning 4-iyulida Yadro tadqiqotlari bo'yicha Yevropa Tashkiloti (CERN) xodimlari tomonidan katta adron kollayderida massasi 125-126 GeV bo'lgan zarra sifatida qayd qilinganligi xabar qilindi. Bu zarra shu paytgacha topilgan bozonlar ichida eng og'iridir. CERN olimlari 2013-yilning mart oyida yana bir marta, 2012-yilning iyulida topilgan zarrani haqiqatan ham Xiggs bozoni ekanligini tasdiqladilar. Xiggs bozoni bizga nima beradi? Buning uchun, balki, ko'p yillar kerak bo'lar. Masalan, kvant mexanikasi yaratilgandan bir necha o'n yillar o'tibgina lazerlar yaratildi va mana bugungi kunda ulardan turli sohalarda amaliy maqsadlarda foydalanib kelmoqdamiz. Yoki bugungi rivojlangan texnologiyalar yuz yil oldin yaratilgan kvant fizikasining davomi bo'lgan nano-fizika, yadro fizikasi yordamida bo'lyapti. Mana bugungi kunga kelib o'sha bilimlarimizdan foydalanib yangi materiallar va dori-darmonlar, bioobyektlar yaratilmoqda. Elementar zarralar fizikasi atom va molekulyar fizikaga qaraganda ham materiya tuzilishini chuqurroq o'rganadi. Bugungi kunda bu kashfiyotning amaliy 150 yil oldin o'z vaqtida elektrga oid tajribalarini o'tkazayotganda, u ham amaliy ahamiyatini o'ylamagandi. Al Xorazmiy bundan 1200 yillar oldin o'zining algoritmlarini (Al Xorazmiy-lotinda algoritm) yaratayotganda, bugungi kundagi qo'l telefonlari-yu kompyuter dasturlariga tamal toshini qo'yganini sezgan bo'lsa, ne ajab? Maksvell elektromagnit ta'sirlarni o'rganayotib, bu bilimlarni televidenie va tezkor aloqada foydalanish mumkinligini anglagan bo'lsa? Demak, fandagi oldinga tashlangan har bir qadamning izi chuqur bo'ladi va albatta, insoniyatning farovon hayot haqidagi orzulariga yetishish yo'lidagi muqaddas qadamga aylanadi. Piter Xiggsning elementar zarrachalar fizikasi rivojiga qo'shgan buyuk ilmiy hissasi izsiz qolmadi. 2013-yil oktyabr oyining boshlarida Xalqaro Nobel mukofotiga sazovor bo'lgan tengsiz olim, yozuvchi va davlat arboblari qatorida Piter Xiggsning nomi ham borligi va unga fizika sohasidagi ushbu noyob mukofot nasib etganligi haqidagi xabar e'lon qilindi. Bu mukofot olimning yillar davomida olib borgan ilmiy izlanishlariga berilgan yuksak baho edi.
1990 yillarning oxirida mavjud 4 ta o`zaro ta`sirning 3tasini – kuchli, elektromagnit va kuchsiz o`zaro ta`sirlarni birlashtirgan Standart model’ (SM) ishlab chiqildi. Gravitatsion o`zaro ta`sir esa haligacha UNN doirasida bayon qilinadi. SHunday qilib, hozirda fundamental o`zaro ta`sirlar 2 ta umum qabul qilingan nazariyalar – UNN va SM orqali bayon qilinadi. Bu nazariyalarni birlashtirish kvant gravitatsiya nazariyasini yaratish qiyinligidan haligacha amalga oshmadi.
Standart model’ elementar zarralarning yakuniy nazariyasi hisoblana olmaydi. Bu model’ mikrodunyo tuzilishi nazariyasining ma`lum qismi, ya`ni kollayderlarda 1 TeV dan kichik energiyalarda eksperimentlarda kuzatiladigan bir qismi bo`lishi mumkin. Bu nazariyani “Yangi fizika” yoki “Standart modeldan tashqaridagi” nazariya deb atashadi. Shu sababli Katta
2.1.3-chizma.Standart model zarralari.
adron kollayderining bosh vazifasi elementar zarralar nazariyasi Standart model’ga qaraganda ancha yuqori darajadagi nazariya ekanligiga biror “ishora”ni topishdan iborat. Barcha o`zaro ta`sirlarni bitta nazariya doirasida birlashtirish uchun har xil usullar qo`llanilmoqda: torlar nazariyasi, M-nazariyalar, supergravitatsiya nazariyasi, kvant gravitatsiyasi va boshqalar. Ularning ayrimlari o`z ichki muammolariga ega va birortasi tajribada tasdiqlangan natijaga ega emas. Asosiy muammo esa eksperiment o`tkazish uchun mavjud tezlatkichlarda erishish mumkin bo`lmagan energiyaning zarurligidir. Katta adron kollayderi aynan shunday energiyalarda eksperiment o`tkazishga va mavjud modellarning to`g’ri yoki noto`g’ri ekanligini aniqlashga imkon beradi. Masalan, 4 tadan yuqori o`lchamga ega ko`plab fizik nazariyalar mavjud va bu nazariyalar “supersimmetriya” mavjudligini ilgari suradi. Masalan, torlar nazariyasi yoki bu nazariya supertorlar nazariyasi ham deyiladi, chunki supersimmetriyasiz bu nazariya o`z ma`nosini yo`qotadi. Supersimmetriya mavjudligining eksperimentda tasdiqlanishi bu nazariyalarning to`g’riligini tasdiqlagan bo`lardi. Top-kvark - eng og’ir kvark hisoblanadi. So`nggi Tevatron natijalariga ko`ra uning massasi GeV/s2 ga teng. Massasi og’irligidan bu kvark hozirga qadar faqat bitta tezlatkich – Tevatronda kuzatildi. Boshqa tezlatkichlarda uning hosil bo`lishi uchun energiya etishmadi. Ikkinchi tomondan top - kvarkning o`zi fiziklar uchun qiziq bo`lib qolmasdan, bu kvark Xiggs bozonini o`rganish uchun “instrument” vazifasini ham bajaradi. CHunki Xiggs bozoni katta adron kollayderida top-kvark – antikvark juftligi bilan birgalikda tug’iladi, ya`ni hosil bo`ladi. Shunday Xiggs zarralarining to`g’ilishini fondan ishonchli ajratib olish uchun oldindan top – kvarklar xossalarini yaxshilab o`rganish zarur. elektrozaif simmetriya mexanizmini o`rganish katta ahamiyatga ega.W- va Z-bozonlar tug’ulishini ko`rsatuvchi Feynman diagrammalari neytral’ Xiggs bozonining ham tug’ulishini ko`rsatadi. Katta adron kollayderining asosiy maqsadlaridan biri aynan shu Xiggs bozonining mavjudligini isbotlashdir. Xiggs bozonining mavjudligi shotland fizigi Piter Xiggs tomonidan 1964 yilda Standart model’ doirasida bashorat qilingan. Xiggs bozoni Xiggs maydoni kvanti deb faraz qilinadi.
2.1.4-chizma. W- va Z-bozonlar tug’ulishini ko`rsatuvchi Feynman diagrammalari neytral’ Xiggs bozonining ham tug’ulishini ko`rsatadi.
Bu maydon orqali zarralar o`tganda ma`lum qarshilikka uchraydi va massaga ega bo`lishadi. Xiggs bozoni nostabil’ va katta massa (120 GeV/s2 dan katta) ga ega. Xiggs bozonining o`zidan tashqari bu mezon elektrozaif o`zaro ta`sirda simmetriya buzulishining Xiggs mexanizmini ham ta`minlashi kerakligi sababli ham uning eksperimentda tasdiqlanishi o`ta muhimdir. Kvark-glyuon plazma holatini o`rganish ham muhim fizik masalalardan biridir. Kollayderda har yili 1 oy mobaynida yadrolar to`qnashishi sodir qilinadi. Bunda qo`rg’oshin yadrolari tezlatiladi va detektorlarda bu yadrolar to`qnashishi sodir qilinadi. YAdrolarning bunday ul’trarelyativistik tezliklarda noelastik to`qnashishida qisqa vaqt davomida zich va issiq yadro moddasining hosil bo`lishi va keyinchalik uning parchalanishi sodir bo`ladi. Bunda moddaning kvark-glyuon plazma holatiga o`tishi va keyinchalik sovushi kuzatiladi. Bu hodisani o`rganish va tushunish mukammal kuchli o`zaro ta`sir nazariyasini qurish uchun zarurdir. Bu muammoni o`rganish Yadro fizikasi va Astrofizika uchun ham o`ta foydalidir.
Supersimmetriya nazariyasini asoslash ham katta adron kollayderi maqsadlaridan biridir. Bu nazariyaga ko`ra har bir elementar zarra juda og’ir massali jufti (partneri) ga, ya`ni “superzarra”siga ega. Foton-adron va foton-foton tuqnashishlarni o`rganish Katta adron kollayderida o`rganiladigan jarayonlardan biridir.
2.1.3-chizma. SMS detektorida Xiggs bozoni tug’ulishi jarayonini modellashtirish.
Ma`lumki, elektromagnit o`zaro ta`sir fotonlar (ayrim hollarda virtual’ fotonlar) almashishi orqali sodir bo`ladi. Boshqacha aytganda fotonlar elektromagnit maydon tashuvchilari hisoblanadi. Protonlar elektr zaryadiga ega va shu sababli elektrostatik maydon bilan o`ralgan. SHu sababli bu maydonni virtual’ fotonlar bululti deb faraz qilishimiz mumkin. Har qanday proton, ayniqsa relyativistik proton o`z atrofida shunday virtual’ zarralar bulutini hosil qiladi. Bu virtual’ zarralar buluti protonning tarkibiy qismi hisoblanadi. Protonlar o`zaro to`qnashganda har bir protonni o`rab turgan bu virtual’ zarralar ham o`zaro to`qnashadilar. Zarralarning o`zaro to`qnashish jarayoni matematik nuqtai-nazardan qator tuzatmalarga ega va bu tuzatmalarning har biri ushbu virtual’ zarralar o`zaro ta`sirini aks ettiradi. Buni Feynman diagrammalarda ko`rish mumkin. Shu sabab protonlar to`qnashishini tadqiq qilishda yuqori energiyalardagi moddaning fotonlar bilan o`zaro ta`siri ham bevosita o`rganiladi va bu tadqiqotlar nazariy fizika uchun katta ahamiyatga ega. Shu bilan birga alohida turdagi jarayonlar – protonlar o`zaro to`qnashishida ikki fotonning o`zaro ta`sir va foton-adron o`zaro ta`sir jarayonlari ham o`rganiladi. Yadrolar o`zaro ta`sirida, yadrolar elektr zaryadining kattaligi sababli, elektromagnit jarayonlarning ta`siri yanada yuqori bo`ladi. ekzotik nazariyalarni tekshirish ham Katta adron kollayderi vazifalaridan biridir. Ma`lumki, 20-asr nihoyasida nazariyotchilar tomonidan Olam tuzulishi to`g’risida ko`plab noodatiy g’oyalar ilgar surildi. Bu g’oyalar “ekzotik modellar” yoki “ekzotik nazariyalar” deb ataladi. Bunday nazariyalarga 1 TeV energiya masshtabidagi kuchli gravitatsiya nazariyasi, katta o`lchamli modellar, preon modellari (bu modellarda kvarklar va leptonlar boshqa mayda zarralardan tashkil topgan deb qaraladi) va yangi turdagi o`zaro ta`sirga asoslangan modellar kabilar kiradi. ekzotik nazariyalarning yuzaga kelishiga asosiy sabab hozirda mavjud eksperimental natijalar yagona kuchli o`zaro ta`sir nazariyasini qurish uchun etarli emas. Lekin mavjud eksperimental natijalar bu nazariyalarni ma`lum ma`noda tasdiqlaydi. SHu sababli katta adron kollayderida olinadigan natijalar bu nazariyalarni tekshirish imkoiyatini beradi. SHu bilan birga Katta adron kollayderida parallel’ koinotni izlash takliflari ham mavjud, ya`ni mini qora o`ra hosil qilish orqali. Modernizatsiya qilingandan keyin Katta adron kollayderi energiyasi 14 TeV ga etishi rejalashtirilgan. Bundan tashqari Standart model’ bayon qila olmaydigan jarayonlarni topish, W- va Z-bozonlar xossalarini tadqiq qilish, o`ta yuqori energiyalarda yadro o`zaro ta`sirlarini hamda b- va t- kvarklarning tug’ilish va parchalanish jarayonlarini o`rgaish kabi muammolar ham Katta adron kollayderi vazifalari qatoriga kiradi.
|