Fundamental o`zaro ta`sirlar turlari. Yagona maydon nazariyasi

b	prelestniy	beauty (bottom)	−^1/3
4180±30 MeV/c²
t	istinniy	truth (top)	+^2/3	173 340±270 ± 710 MeV/c²

Yagona o`zaro ta`sir nazariyasi

Fundamental zarralarni va ularning o`zaro ta`sirini tadqiqot qilish uchun gigant tezlatgichlarni (elementar zarrachalarni yorug’lik tezligiga yaqin tezliklargacha tezlatish va ularni bir-biri bilan to`qnashish imkonini beruvchi qurilmalar) qurish zarur. Ushbu qurilmalar ulkan o`lchamlarga ega bo`lganligi tufayli (bir necha o`n kilometrlar), ular er osti tunnellarida joylashtiriladi. eng quvvatli tezlatgichla quyidagilardir: CERN (Jeneva, SHveytsariya), Fermilab (CHikago, SSHA), DESY (Gamburg, Germaniya), SLAC (Kaliforniya, SSHA).
Hozirgi paytda Jenevadagi Evropa yadro tadqiqotlar markazida (CERN) Katta adron kollayderida tadqiqotlar olib borilmoqda va bir qator natijalar olingan.
Elementar zarrachalar nimalardan tashkil topgan degan savol tug’iladi. Ularning ichiga qanday qarash mumkin yoki ichki strukturasi xaqida qanday qilib ma`lumot olish mumkin? Mikroskop oqali tabiiyki, bu narsani kuzatish imkoni yo`q. Moddaning nimalardan tashkil topganini bilish uchun nima qilamiz? Biz uni, albatta, buzib-sindirib ko`ramiz. Masalan soat misolida qarab chiqaylik. Soatga qarab u nimalardan tashkil topganini ko`ra olmaymiz. Buning uchun uni sindirib, ichidagi mexanizmlarini ko`ramiz va soat nimalardan tashkil topgani va u qanday ishlashi xaqida ma`lumotga ega bo`lamiz.
Kvant dunyosi esa butunlay boshqacha tuzilgan – elementar zarralar ichida xech narsa bo`lmasligi yoki umuman, ular strukturaga ega ekanligi xaqida ma`lumot yo`q. Buni biz turli tajribalar vositasida ko`rib, tasdiq olishimiz kerak bo`ladi. Buning birdan-bir yo`li esa ushbu zarrachalarni yuqori energiyalargacha tezlashtirib qandaydir nishonga borib urilishini ta`minlashdir. Buning natijasida ajoyib o`zgarishlar – yangi zarralarning paydo bo`lishi ro`y beradi.
Shu narsa qiziqki, 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.
Zarralarni aynan ana shunday o`ta yuqori energiyalargacha tezlashtiruvchi qurilmani zarrachalarning tezlatgichlari deyiladi. Bunday tezlatgichlar paydo bo`lganiga ancha bo`lgan eng sodda tezlatgich bu elektr maydonidir Agar sizda elektr potentsiali yoki potentsiallar farqi mavjud bo`lsa, u holda elektr zaryadlangan zarracha ushbu maydonda harakatlanib tezlasha boshlaydi. Magnit maydon ham shunday ta`sir ko`rsatadi. Umuman olganda, zarrachalarni tezlatishda biz elektromagnit o`zaro ta`siri, elektr va magnit maydonlaridan foydalanamiz.
Bizga zarrachalarning imkon boricha katta energiyalargacha tezlashgani ma`qul. Kosmik nurlar – bu tabiiy yuqori energiyalargacha tezlashgan zarralar oqimidir. Bunda tezlatgich vazifasini Koinotning o`zi bajaradi. Kosmik nurlar bizgacha juda katta energiyalar bilan etib keladi. Biroq ushbu nurlar xamma elementar zarralarni qamrab olmagan va ularni o`rganish bir qator muammolarni yaratadi. Shu va boshqa muammolar sababli, zarralarni sun`iy ravishda yuqori energiyalargacha tezlatuvchi qurilmalarni yaratishga talab paydo bo`ldi.
Tabiiyki, zarrachalar tezlashadigan yo`lning uzunligi kichik bo`lsa, ular katta tezliklarga erishishga ulgurmaydilar. Shuning uchun xalqasimon tezlatgichlar g’oyalari paydo bo`ldi. Bunda magnit maydon zarralarni aylanma harakatda ushlab turadi, elektr maydon esa zarralar energiyasini oshirib turadi. Ushbu tipdagi tezlatgichlar o`tgan asrning o`rtalarida paydo bo`lgan va ularni tsiklotronlar deb ataldi va ushbu tsiklotronlar orqali katta tezliklar olish maqsad qilib qo`yildi.
Tezlatgichlarning energiyasi elektronvol’t (eV) deb nomlanuvchi birliklarda o`lchanadi. elektronvol’t — bu potentsiallar farqi 1 Vol’tga teng bo`lgan maydondan o`tgandagi elektron oladigan energiya miqdoridir. Tezlatgichlar zarralarni million eV gacha tezlatishi mumkin, shuning uchun yordamchi birliklar MeV ishlatiladi. Bunday energiyalarda zarrachalar yorug’lik tezligiga yaqin tezliklarda harakatlana boshlaydilar.
Keyin esa, ushbu zarrachalarning yo`liga nishon – qanaqadir metal yoki gaz qo`yiladi va zarrachala ushbu nishon bilan to`qnashadi. To`qnashish natijasida zarrachaning juda katta kinetik energiyasi ajralib chiqadi va ushbu energiyadan yangi ob`ekt va zarrachalar paydo bo`ladi.
Shu yo`sinda bizga noma`lum bo`lgan bir qator zarrachalar aniqlangan Aslida u erda qanday zarralar paydo bo`lishini aniqlash qiyin, shuning uchun o`zaro ta`sir natijasida paydo bo`lgan maxsulotni taxlil etish darkor.
Zarrachalarni o`rganish ularni qandaydir yo`l bilan qayd etish orqali amalga oshiriladi. Zarrachalarni qayd etuvchi moslama detektor deb ataladi. Dastavval detektorlar vazifasini zarrachalar o`zlarining izlarini qoldirgan fotoplenkalar va fotoemul’siyalar, keyinchalik esa ichiga magnit maydon joylashtirilgan gaz kameralari bajarishgan. Hozirda esa biz to`la-to`kis komp’yuter registratsiyasiga o`tganmiz.
Hozirgi zamon detektorlari judayam ulkan inshootdir. Masalan, katta adron kollayderida ishlatiladigan detektor to`rt qavatli binodan iborat va ushbu detektorda xamma narsa: zarrachaning impul’si, uchib ketish burchagi, zaryadi va boshqa xarakteristikalari qayd qilinadi. Shuningdek engil zarrachalar – leptonlarni va adronlarni qayd etuvchi maxsus detektorlar mavjud.
Shuni ta`kidlash joizki, zamonaviy tezlatgichlar ikki turga ajratilgan: elektron va proton tezlatgichlari. Bu ikki zarrachalarning yashash vaqti juda katta va ularni katta tezliklargacha tezlashtirish osonroq.
Davr o`tishi bilan tezlatgichlarning xalqalari radiuslari oshib bormoqda. Agar Dubnadagi tezlatgich radiusi 20 metr bo`lgan bo`lsa, Serpuxovdagi tezlatgich esa 200 metr atrofida bo`lgan. Jenevadagi elektron va proton tezlatgichlarining radiuslari 27 kilometrga teng. Tezlatgichlar gigant inshootlarga aylanib bormoqda. Bundan tashqari qo`zg’almas nishonning o`rniga ikkinchi tezlashgan zarrachani ishlatish g’oyasi paydo bo`ldi. Bunda biz ikkita tezlashgan zarrachalar dastasining to`qnashishi natijasida turli yangi zarralar hosil bo`lishini qayd etamiz. Bunday qurilmalarni inglizcha collide – to`qnashish so`zidan kollayderlar deb ataladi. Masaalan Jenevadagi katta adron kollayderida ikkita proton dastalar o`zaro to`qnashadi: protonlar xalqalarning qarama-qarshi yo`nalishlarila tezlashadilar va xalqalarning kesishish nuqtasida to`qnashadilar.
Adron kollayderlari uchun hozirgi paytda eng kattasi bu katta adron kollayderidir. Bunda protonlar 7 trillion eV energiyagacha tezlashadilar. Bu xozirgi paytda erishilgan eng katta energiyadir va ushbu energiya yordamida katta massali zarrachalar xosil qilish
mumkin. Misol tariqasida ushbu kollayderda qayd etilgan Xiggs bozonini keltirish mumkin.
Xiggs bozoni qayd etilgan va uning massasi 125,09 ± 0,21 GeV ga teng
7 TeV energiyada proton to`qnashuvlarining asosiy statistik xarakteristikalari o`rganilgan – paydo bo`lgan adronlarning soni, ularning tezliklari bo`yicha taqsimoti, mezonlarning boze-eynshteyn korrelyatsiyalari va x.k.
proton va antiprotonlar orasida asimmetriyaning mavjud emasligi ko`rsatilgan.
Ushbu tadqiqotlar natijasida moddaning xosil bo`lgan xolati “Katta portlash”dan 10 mikrosekunddan keyin paydo bo`lg