Mavzu: Katta adron kolayderi va uning ishlash prinsipi

Mustaqil ish

Mavzu: Katta adron kolayderi va uning ishlash prinsipi.

Reja:
1. Katta adron o’zi nima?
2. Fizika fani oltin davr ichida.

Bundan yuz yilcha muqaddam koinot cheksiz fazo, unda yulduzlar bir tekis taqsimlangan, degan tasavvur hukmronlik qilardi. O‘tgan asrning 20-yillarida amerikalik astronom Edvin Xabbl ko‘zga ko‘ringan barcha galaktikalar bizdan turli yo‘nalishlar bo‘yicha juda katta tezlik bilan uzoqlashayotganini aniqladi. Bu olam tuzilishi nazariyasini qayta qarab chiqishni taqozo etdi. Shu kashfiyot sabab bo‘lib butun koinot bundan 15-20 milliard yil oldin ro‘y bergan “katta portlash”ning natijasidir, degan xulosaga kelindi. Uzoq yillar bu qat’iy nazariya sifatida qabul qilib kelindi. Keyinroq bunday nazariyani tasdiqlovchi dalillar ham topila boshlandi. Shulardan birinchisi NASA (AQSH kosmik tadqiqotlar markazi) sun’iy yo‘ldoshi — “Sove” uzoq kosmosning turli tomonlaridan kelayotgan fon nurlanishining haroratini aniqladi. Bunday nurlanish qadimda kuzatilgan “katta portlash”ning qoldiq nurlanishi ekani ma’lum bo‘lib, uning qiymati nazariy hisob-kitoblar orqali topilgan issiqlik qiymati bilan bir xil chiqdi. Ushbu dalil “katta portlash” ro‘y berganini tasdiqladi. Shundan so‘ng, 90-yillarning oxirida olimlar Brukxeven (AQSH)dagi elementar zarrachalar tezlatgichida elektronlardan ozod qilingan oltin atomini yorug‘lik tezligining 99,9 qismiga qadar o‘zaro qarama-qarshi yo‘nalishda tezlatib, to‘qnashtirish orqali sun’iy «katta portlash»ni vujudga keltirmoqchi bo‘lishdi. Bunda “katta portlash”dan keyingi jarayonning dastlabki daqiqalaridagi holatini kuzatish maqsad qilingan edi. Bu ikki bosqichda — “Feniks” deb ataluvchi birinchi loyiha Kolumbiya universitetining professori Nagamiya rahbarligidagi 355 mutaxassisdan iborat jamoa tomonidan, “Star” nomli ikkinchi loyiha esa Berkli Lourens laboratoriyasidan Jon Xarris boshchiligidagi 350 nafar fizik tomonidan olib borilishi ko‘zlangandi. Biroq ko‘pchilik mutaxassislar bunday sinov jiddiy xavf ostida amalga oshirilishini e’tirof etishdi. Shunga qaramay, olimlar qayta o‘tkazilgan hisob-kitoblar natijasida reaktsiya jarayonida jiddiy xavf kutilmasligini ta’kidlab, sinovni o‘tkazishga qaror qildilar. Biroq o‘shanda kollayder quvvatining pastligi tufayli kutilgan natijani olishning imkoni bo‘lmadi. Bizning asrimizda ayni shu masalani hal qilish uchun 2002 yilning 11 avgust kuni Shveysariya va Fransiya chegarasida qurilgan dunyodagi elementar zarrachalarning eng yirik tezlatgichi — katta adron kollayderi (KAK) ishga tushirildi. Salkam 10 milliard dollarga tushgan va juda katta quvvatga ega bo‘lgan bu kollayder dunyoda eng yirik yadro fizikasi laboratoriyasi — CERN (Consell Europeen pour la Recherche Nucleare)da qurildi. U o‘rtacha 100 metr chuqurlikda, uzunligi 27 kilometr bo‘lgan xalqa ko‘rinishidagi tezlatgich bo‘lib, unda qarama-qarshi yo‘nalishda 7 tev (terra elektron volt, ya’ni trillion elektron volt) energiyagacha tezlatilgan proton dastalari to‘qnashtiriladi. Ana shunday to‘qnashish natijasida ajralgan energiya 14 trillion elektron voltni tashkil etadi. Bunday katta energiyaning ajralishi oqibatida ro‘y beradigan hodisalar ma’lum darajada “katta portlash” manzarasini tasdiqlay olishi tadqiqotchilar, fizik va astrofizik olimlar uchun juda muhim edi. Bunday protonlar kollayderning 27 kilometr uzunlikdagi aylanasi bo‘ylab joylashtirilgan 3 mingta igna shaklidagi dasta ko‘rinishida harakatlanadi. Har bir to‘plam 100 milliardga yaqin protonlardan tashkil topib, to‘qnashuv “nuqta”larida ular bir necha santimetr uzunlikda, diametri esa 16 mikron (eng ingichka soch tolasi qalinligida) bo‘ladi. Protonlar parchalangach, vujudga kelgan kvarklar turli tomonga sochilib ketadi. Biroq kvarklar uzoq muddat yakka holda bo‘la olmasligi tufayli o‘ta qisqa vaqtda birlashib, yangi “og‘irroq” zarra ko‘rinishida katta tezlik bilan atrofga sochilayotganda, kollayder detektorlari tomonidan ularning parametrlari qayd qilib boriladi. Darvoqe, adron kollayderining favqulodda hodisalarsiz ishlashi ta’minlangach, astronom olimlar olamning paydo bo‘lishiga oid kosmologik moment — “katta portlash”dan so‘nggi dastlabki davrga oid eng muhim jarayondan voqif bo‘lishga umid bog‘lamoqdalar. Vijdonimiz oldida o‘zimizni oqlamoqlik uchun ko‘pincha maqsadga erishish uchun kuchimiz yetmadi deb, o‘zimizni ishontirmoqchi bo‘lamiz. Holbuki, amalda biz kuchsiz emas, irodasizmiz. Laroshfuko Fizika fani oltin davr ichida 2008 yilning 10 sentyabr kuni Toshkent vaqti bilan 12.30 da «Yevronyus» telekanali orqali Shvetsariya va Frantsiya chegarasida 10 milliard dollar sarf-xarajat asosida bunyod etilgan misli ko‘rilmagan darajada katta quvvati bo‘lgan elementar zarrachalar tezlatgichi - Katta adron kollayderi (KAK) ishga tushirilishi to‘g‘ridanto‘g‘ri efirga uzatildi. KAK fizikaning oltin davrini ochib berishiga hamda olamning barpo bo‘lishi borasidagi ko‘pgina jumboqlarni yechishiga katta umid bog‘langan. Shu bilan bir qatorda kollayder atrofida turli-tuman gap-so‘zlar ham yuribdi. Masalan, tezlatgichda qora o‘ra paydo bo‘lishi mumkinligi va u KAKni xarob qilib, so‘ngra Frantsiya hamda Shveytsariyani yutib yuborishi haqida ba'zi olimlar fikr bildirmoqda. Katta adron kollayder (Large Hadron Collider - KAK) dunyodagi eng katta Yevropa yadro fizikasi laboratoriyasi - CERN (Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire)da qurildi. Bu qurilma elementar zarrachalarning tezlatgichi bo‘lib, u elementar zarrachalarning o‘zaro ta'sirini o‘rganish uchun insoniyat tomonidan barpo qilingan tarixdagi eng katta qurilmadir. KAK CERNdagi Katta elektronpozitron kollayderi (Large Electpon Positron (LEP sollider)ning o‘rnini olib o‘rtacha 100 metr chuqurlikdagi uzunligi 27 km. bo‘lgan tunnelda joylashgan. U protonlarning 7 Tev (Terra elektronvolt) energiyagacha 2 dastasini bir-biriga qarama-qarshi yo‘nalishda jadallashtirish va so‘ngra ularni bir-biri bilan to‘qnashtirish imkonini beradi. Protonlar to‘qnashganda energiyasi 14 TeV ni (1TeV=1012 eV) tashkil etadi. Energiya shkalasi elektronvolt bo‘laklaridan toki termodiapazonlargacha ortib borar ekan, biz bu jarayonda borgan sari o‘zimizga tanish bo‘lgan olamdan uzoqlashib boramiz va butunlay boshqa bilimlar qamroviga tushib qolamiz. Bular qattiq jism kimyosi va elektronikasi doirasi (eV lar va uning bo‘laklari), yadroviy reaktsiyalar (million eVlar) va o‘tgan asrning ikkinchi yarmida olimlar o‘rgangan milliard eV li diapazonlardir. Termodiapazonda insoniyatni nimalar kutayapti, buni hech kim bilmaydi. KAK faqat proton - proton to‘qnashishini o‘rganish bilangina cheklanib qolmasdan qo‘rg‘oshin kabi og‘ir ionlarning to‘qnashishini ham o‘rganish imkonini beradi va bu to‘qnashishlardagi energiya 1148 TeV gacha yetib boradi. KAKga tushguncha protonlar CERNda mavjud «tezlatgich komplekslari»da tayyorlanadi. 7 TeV energiyali protonlar aylana bo‘ylab harakatlanishi uchun KAK magnit induktsiyasi 8.36 Tesla li magnit maydonini hosil qila oladigan elektromagnitlarga ega bo‘lishi kerak. Buning uchun o‘ta o‘tkazuvchanlik hodisasidan foydalanishga to‘g‘ri keladi. Elektromagnitlarni tashkil qilgan o‘tkazgichlarda o‘ta o‘tkazuvchanlik hodisasi vujudga kelishi uchun esa ularni o‘ta past temperaturalarda ushlab turish kerak. Shu sababli KAKning 38000 tonna qurilmalari o‘ta past temperaturada ishlatiladi. Buning uchun bir necha tonna suyuq geliy va vodoroddan foydalaniladi. 1296 o‘ta o‘tkazuvchan elektromagnitlar va 2500 dan ortiq boshqa magnitlar KAKda nurlarning uchishini va to‘qnashishini ta'minlab turadi. Magnitlar og‘irligi yig‘indisi 1.9 million tonnani tashkil qiladi. Dastlab fiziklar kvarklar to‘g‘risidagi fikrga elementar zarrachalarning xususiyatlarini tahlil qilish borasida kelishgan. 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. Kvarklarning o‘ziga xosligi shundaki, ular fermionlardir (kvark spini 1/2 ga teng). Bir holatni faqatgina ikkita fermion olishi mumkin va bunda ularning spinlari, albatta, qarama-qarshi yo‘nalgan bo‘lishi shart. Fermionlar ham, bozonlar ham faqat fermionlardangina tarkib topgan bo‘ladi, bunda fermionlarning toq soni fermionlarni bersa, juft soni bozonlarni hosil qiladi. Qur'onning 89-Fajr (shafaq, tong) surasi 1-4 oyatlarini ba'zi tarjimonlar bunday berishgan: Krachkovskiy: 1(1). Klyanus zareyu (2) i desyatyu nochami, 2(3) i chetom i nechetom, 3(4). I nochyu, kogda ona dvijetsya!; Valeriya Poroxova: 1. V znak utrenney zari, 2. I desyati nochey, 3. V znak chetn?x i nechetn?x chisel, 4. I nochi, chto vershit svoy beg; Alouddin Mansur: 1. Tongga qasam; 2. (Zul-hijja oyidagi avvalgi) o‘n kechaga qasam; 3. Juft va toq (rakatli namozlarga qasam; 4. O‘tib borayotgan kechaga qasamki, (albatta, kofirlar azobga giriftor bo‘lurlar)!; Oltinxon To‘ra: 1. Qasamdur tongga. 2. va o‘n kechaga 3. va juft va toqqa, 4. va kechaga, vaqtiki u yursa! Abdulaziz Mansur: 1. Qasamyod etaman tong (vaqti) bilan. 2. O‘n kecha bilan, 3. juft va toq (narsalar) bilan 4. va o‘tayotgan tun bilanki ( albatta, kofirlarga jazo muqarrardir). Tarjimonlar va tafsirchilar agarda fermionlar hamda bozonlar haqida tushunchaga ega bo‘lishganida, balki 3-oyatga berishayotgan tafsirlarini boshqacharoq tuzib, ushbu oyat butun olamdagi ma'lum bo‘lgan materiyaning asosiy g‘ishtlari bo‘lgan fermionlarning juft va toq sonlari ustida aytilyapti, deb xulosa berarmidi? Men shunday deb tafsir beruvchilar tarafdori bo‘lardim. Tag‘in Alloh o‘zi biladi. 2008 yilning 10 sentyabr kuni Toshkent vaqti bilan 12-30 da kollayderning ishlashini to‘g‘ridan-to‘g‘ri efirga uzatib, Yevropa telekanallari orqali CERNdan teletranslyatsiya olib borildi. Olimlar oldiniga protonlarni kollayderning sakkiz sektsiyasidan biriga yuborishdi, so‘ngra ikki sektsiyasiga, undan so‘ng esa uchta sektsiyasiga va h.k va nihoyat protonlar barcha sakkiz sektsiyalar bo‘yicha harakat qila boshladi. Har bir sektsiyani protonlar 10 mikrosekundlar atrofida va sakkiz sektsiyani o‘tib to‘la aylana bo‘yicha bir marta to‘la aylanishi uchun esa 90 mikrosekund vaqt sarf bo‘ldi. Toshkent vaqti bilan 12-45 da barcha sakkiz sektsiyani o‘tib ulgurgan protonlar dastasining quvvati KAKning loyiha bo‘yicha erishishi mumkin bo‘lgan miqdorning o‘ttizdan birini tashkil etadi. Olimlar proton dastalarining har bir sektsiyadan o‘tishini qarsaklar bilan kutib olishgan. Toshkent vaqti bilan soat 13-00 da loyiha rahbari Liin Evans o‘zining birinchi brifingini o‘tkazdi. Olim kollayderning ishi muvaffaqiyatli boshlanganligini aytgan. Keyinchalik 21 oktyabrda kollayder bo‘ylab qarama-qarshi yo‘nalishlarda protonlarning ikki dastasi yuborilib, ular o‘zaro to‘qnashtiriladi. Ya'ni, 21 oktyabrda birinchi marotaba kollayderni yasashdan maqsad bo‘lgan eksperimentlarni boshlash rejalashtirilgan. To‘la 14 TeV li eksperimentlarni boshlash esa 2009 yilning bahoriga mo‘ljallangan. KAKda ushbu energiyaga erishilgach, olimlar materiya qanday tuzilgani, ya'ni Higgs bozoni izlarini, «supersimmetriya»ni, «ekzotik nazariya» deb nomlanuvchi «higgs mexanizmi»ni va shu kunda ma'lum bo‘lgan eng og‘ir fundamental zarracha Top-kvarklarni hamda qo‘rg‘oshin yadrolarini to‘qnashtirish natijasida Olam barpo bo‘lgan paytning harorati 1,5 trillion gradus issiqlikka erishishni, fazo va vaqt tushunchasiga aniqlik kiritishni maqsad qilib olganlar. 19 sentyabr soat 12-27 da KAKning ishida jiddiy to‘xtash ro‘y berdi. 3-4 sektsiyalar orasidagi magnitlardan biri o‘ta o‘tkazuvchanlik holatidan normal holatga o‘tib qoldi va tezlatgich tunneli ichiga bir tonnaga yaqin suyuq geliy quyilib ketdi. 13 sentyabrda ham bir transformator ishdan chiqqan edi. Natijada kollayder ishi shu kunlarda bir necha oyga to‘xtab qoldi. KAK to‘la quvvat bilan yurgizib yuborilsa, kashfiyotlar ro‘yxati quyidagicha bo‘lishi nazarda tutilgan: 2009: Supersimmetriya - buning uchun agarda bir TeV atrofida energiya kerak bo‘lsa; 2009-2010: Higgs bozoni - agar uning massasi 200 GeV (Gigaelektronvolt) atrofida bo‘lsa; 2010-2011: Higgs bozoni, agar uning massasi 120 GeV atrofida bo‘lsa; 2012: Fazoning qo‘shimcha o‘lchamlari - agarda buning uchun 9 TeV energiya kerak bo‘lsa; 2012: Kvarklarning noelementarligi - albatta haqiqatan ham kvarklar yana-da elementarroq zarrachalardan tarkib topgan bo‘lsa; 2017: Supersimmetriya agarda buning uchun 3 TeV atrofidagi energiya kerak bo‘lsa; 2019: Bozon Z1 (Z - shtrix) - agarda bu paytda noma'lum bo‘lgan beshinchi o‘zaro ta'sir mavjud bo‘lsa va 6 TeV atrofidagi energiyalarda o‘zini namoyon etadigan bo‘lsa; ushbu o‘zaro ta'sirni tashuvchi zarracha xuddi kuchsiz ta'sirlarda tashuvchilik qiluvchi Z- bozon sifatida shartli ravishda Z-shtrix deb nomlangan. KAKda Rossiya olimlari ishtiroki koordinatori, Moskva davlat universiteti Yadro fizikasi ilmiy tekshirish instituti direktori o‘rinbosari V.Savrin 10 sentyabr kuni bo‘lgan matbuot anjumanida: «Bu qora o‘ralar, agar ular paydo bo‘lsa, juda ham qisqa vaqt davomida yashaydi. Ular darrov portlab ketadi. Hattoki kollayder devorlarigacha ham yetib borishga ulgurmaydi... Ushbu masalaga turlicha yondashish mumkin. Masalan, Xudo yoki oliy kuchlar ko‘rayapti va sezayaptiki, xalq (fiziklarni nazarda tutyapman) nimagadir intilmoqda hamda biror-bir narsani topish uchun ulkan fikru zakovatlari (intellektual) mehnatini ushbu yo‘nalishda garovga qo‘yishgan. Oxir-natijada U buni qilish uchun ijozat beradi» degan fikrlarni aytdi. Biz ham fiziklar fizika fanining oltin davri arafasida turibdi va ulkan kollayder kashfiyotlari insoniyat tafakkurini misli ko‘rilmagan darajadagi ravnaq tomon yetaklaydi, deb umid bildirib qolamiz.

Xulosa: Men bu mustaqil ishini yozish davomida o’zim uchun muhim bo’lgan bilim va ko’nikmalarga ega bo’ldim. Bu mavzu yani, Katta adron kolayderi o’zi qanday kelib chiqadi u xavflimi? Yoki foydalimi? Bu haqida bilim va ko’nikmalarga ega bo’ldim. Fizika fani juda qiziqarli va juda ajoyib fan. Bu fanga bir qiziqsangiz sizni to’xtabib bo’lmaydi. Men bu fanni mohiyatiga kirib bo’lganman. Bu fanni labaratoriya jarayonlariga ham qiziqaman va amalda sinab ko’raman.

Foydalanilgan adabiyotlar: Mansurxon Toirov, fizika-matematika fanlari doktori, professor “Ma’rifat” gazetasidan olindi. Internet yarmoqlari: ziyonet.uz. Atom yadrosi va zarralar fizikasi: O’ZMU kutubxonasi