Kvant fizikasiga ko'ra, mavjud bo'lgan hamma narsa zarralardan iborat. Materiya, yorug'lik, ko'rinadigan va ko'rinmas narsalar. Bularning barchasi zarralar va ular butun koinotning faoliyatini nazorat qiladi. Ulardan ba'zilari keng tarqalgan va ko'pchiligimizga yaxshi ma'lum, masalan, elektronlar. Boshqalar, masalan, kvarklar kabi bir oz g'ayrioddiy. Ammo har qanday zarraning asosiy g'oyasi shundaki, u boshqa hech narsadan iborat bo'lmagan elementar narsadir. Siz atomni proton, neytron va elektronlarga bo'lishingiz mumkin. Ammo siz zarrachani boshqa hech narsaga aylantira olmaysiz. Shularni hisobga olib, keling, ilm-fan kashf etgan yoki hech bo‘lmaganda o‘zi kashf etgan deb o‘ylagan eng hayratlanarli kashfiyotlarni ko‘rib chiqaylik.
10. Xudo zarrasi
Olimlar biror narsani Xudo zarrasi deb atashganda, ular aslida uni shunchaki ko'proq narsa emas, balki ko'proq narsa deb atashadi. Rostini aytsam, zarrachaning to'g'ri nomi Xiggs bozonidir, ammo fizik Leon Lederman yanada rang-barang laqabni o'ylab topdi, chunki ommaviy axborot vositalarini zarralar haqida qayg'urish unchalik oson emas.
Xiggs bozonining mavjudligi 2013 yilda tasdiqlangan. Biroq, u 1960-yillarda nazariya qilingan edi, shuning uchun uni ov qilish davom etdi. Stiven Xoking bir marta u hech qachon topilmasligiga 100 dollar tikib qo'ygan va yonib ketgan. U shuningdek, Xiggs bozoni bir kun kelib koinotni yo'q qiladi, shuning uchun taqvimlaringizda buni belgilab qo'ying, dedi.
Bularning barchasi bilan siz Xiggs bozoni juda ajoyib ekanligini tasavvur qilishingiz kerak va haqiqat shundaki, ha, Xiggs bozoni ajoyib. Biroq, tushunish uchun biroz vaqt kerak, shuning uchun uni sinab ko'raylik.
Bozon asosiy zarradir. Bozonlar koinotning barcha asosiy kuchlari, elektromagnetizm, zaif va kuchli yadro kuchlari uchun javobgardir.
Higgs maydoni elektronlar kabi boshqa zarralarga massa beradigan energiya maydonidir. Oddiy qilib aytganda, Xiggs bozonlari qisman koinotdagi zarralar massasini yaratish uchun javobgardir. Bozonning o'zi katta massaga ega, ammo qisqa umr ko'radi, shuning uchun uni tabiatda topish qiyin. Ammo uning mavjudligi fizikaning standart modeli haqida biz bilgan ko'p narsalarni tasdiqlaydi va har qanday zarracha nima uchun umuman mavjudligini tushuntirishga yordam beradi. Shuningdek, u qorong'u materiyani tushuntirishga yordam beradi va biz bilmagan yoki tushunmaydigan yana ko'proq zarralarni ochib beradi.
Qiziq, Lederman uni texnik jihatdan Xudo zarrasi deb atamagan. U buni la'nati zarra deb atadi, chunki uni aniqlash qanchalik qiyinligidan hafsalasi pir bo'lgan. Uning nashriyoti nomini o'zgartirdi.
9. Tetrakvark
Kvarklar materiyaning eng kichik bo'laklari sifatida eng oson tushuniladi. Bir parcha temir temir atomlaridan iborat. Bu atomlar elektron va proton kabi narsalardan iborat. Ammo agar siz ularni ham ajratib qo'ysangiz, siz hali ham kvarklar bilan qolasiz. Ularning massasi va spini bor va kulgili ravishda "lazzatlar" deb ataladigan oltita turga bo'linadi. Bu hidlar yuqori va pastki, yuqori va pastki, maftunkor va g'alati deb nomlangan juftlarga birlashtirilgan. G'alati, to'g'rimi? Xo'sh, bu g'alati bo'ladi.
2021 yilda olimlar ikkita kvark va ikkita antikvarkdan iborat ekzotik adron bo'lgan tetrakvarkni kashf qilishdi. Uning kashf etilishidan oldin bu imkonsiz deb hisoblangan. Zarrachalar hech qachon bir-biri bilan bog'lanishi mumkinligi haqidagi g'oya variant deb hisoblanmadi, lekin Katta adron kollayderidan olingan ma'lumotlar aksini isbotladi.
Tetrakvarkning kashfiyoti tadqiqotchilarga neytronlar va protonlarni hosil qilish uchun kvarklarni bir-biriga bog'laydigan kuchli kuchni yaxshiroq tushunish uchun bir nechta yangi vositalarni beradi.
8. Neytrino
Agar siz so'nggi bir necha o'n yillikda biron bir ilmiy fantastika tomosha qilgan bo'lsangiz, "neytrino" so'zini bir necha marta eshitgansiz. Bu mashhur va ko'pchiligimizda ilm yo'qolgan bo'lsa ham, u baribir qiziqarli eshitiladi.
Haqiqiy hayotda neytrinolar ko'pchiligimiz tasavvur qilganimizdan ancha kuchliroq mavjud. Bular portlovchi yulduzlar kabi galaktik kataklizmlardan tug'ilgan subatomik zarralardir. Ular deyarli yorug'lik tezligida harakat qilishadi va ulardan birini to'xtatishga omad tilaymiz, chunki ular qo'rg'oshindek ko'rinadigan narsadan siz ochiq eshikdan o'tayotganingizdek oson o'tishlari mumkin.
Neytrinolarning massasi hayratlanarli darajada kichikdir. Agar sizda fizika bo'yicha kuchli poydevor bo'lmasa, uni tasvirlash uchun ishlatiladigan raqamlar hech narsani anglatmaydi. Biroq, ular elektrondan taxminan 500 000 marta kichikdir. Ammo, elektrondan farqli o'laroq, ular ham elektr zaryadiga ega emas. Shunday qilib, massasiz va zaryadsiz neytrinolar deyarli mavjud emas. Ammo ular hamma joyda ham bor. Quyosh sizni har soniyada ularning bir milliardi bilan bombardimon qiladi.
Neytrinolarning ma'lum bir massaga ega bo'lishi, garchi u mikroskopik bo'lsa ham, koinotning butun massasini va nima uchun bizda materiya borligini va atrofimizdagi antimateriya emasligini tushuntirishi mumkin.
7. Myuonlar
Kvarklar singari, muonlar ham mavjudlikning asosiy zarralaridan biridir. Ular elektronlarga o'xshaydi, lekin kattaroq va og'irligi 207 marta katta. Ular juda qisqa muddatli bo'lib, hosil bo'lgandan keyin 2,2 mikrosekund ichida elektron va neytrinolarga parchalanadi. Ular kosmik nurlar atmosferamizdagi zarralar bilan to'qnashganda hosil bo'ladi va o'sha 2,2 mikrosekundda ular deyarli yorug'lik tezligida harakat qilishlari tufayli erni bombardimon qilishga va sirtdan bir milya pastroqqa kirib borishga muvaffaq bo'lishadi.
Katta adron kollayderida olib borilgan tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, myuonlar har doim ham ilm-fan aytganini qilavermaydi. Oddiy qilib aytganda, ular tebranadilar. Lekin ular bunday qilmasliklari kerak. Ularning tebranishlari esa u yerda boshqa zarracha bo‘lishi mumkinligidan dalolat beradiki, bu ularning ishlashiga hech kim o‘ylamagan.
6. Kvarklar
Biz tetrakvark haqida allaqachon aytib o'tgan edik, shuning uchun uni oddiy kvarkga ajratish mantiqan. Agar siz proton va neytron kabi narsalarni ajratsangiz, siz kvarklar va glyuonlarni olasiz. Kvarklarning olti turi mavjud va ular har doim juft bo'lib mavjud. Darhaqiqat, olimlar allaqachon bir kvarkni ikkinchi yarmidan ajratishga harakat qilishgan va bu ish bermagan. Ular bir-biriga bog'langan yoki umuman yo'q.
Kvarklar va glyuonlarning o'zaro ta'siri atomlardagi massa manbai hisoblanadi. Asosan bu shuni anglatadiki, barcha materiya massasi, biz tushunganimizdek, kvark va glyuonlardan kelib chiqadi. Ijobiy, manfiy yoki neytral zaryadga ega bo'lgan ko'pgina zarralardan farqli o'laroq, kvarklar oldinga boradi. Ular, shuningdek, kvant xromodinamikasi deb ataladigan rangli zaryadga ega deb ta'riflanadi. Bu ularning noyob kvant xususiyatlarini tavsiflash uchun qizil, ko'k yoki yashil (ular aslida bu ranglar emas) nazariy ranglarini qo'llaydi.
5. Gravitonlar
Fan koinotda ishlayotgan to'rtta asosiy kuchni tan oladi. Zaif va kuchli yadro kuchlari, elektromagnetizm va tortishish. Biz ko'p hollarda birinchi uchtasini engamiz. Biroq, tortishish biroz yovvoyi kartadir.
Biz fotonlarning elektromagnetizm bilan qanday o'zaro ta'sirini, kvarklar va glyuonlarning kuchli yadro kuchi bilan o'zaro ta'sirini va bozonlarning zaif yadro kuchi bilan qanday o'zaro ta'sirini tushunamiz. Biz bilmagan narsa tortishish kuchini uzatadi. Bu erda gravitonlar paydo bo'ladi, bu tortishishning haqiqiy dunyodagi narsalarga kuch bo'lishiga imkon beruvchi nazariy zarralar. Gravitonlar bilan bog'liq muammo shundaki, biz ularning mavjudligini bilmaymiz. Ular hali ham nazariy. Gravitatsiyani fan tushuntira olmaydi.
Ajablanarlisi shundaki, biz gravitonlar mavjudligi haqida aniq ma'lumotga ega bo'lmasak-da, ular haqida ko'p narsalarni bilamiz. Biz ularning massasi nolga teng yoki unga yaqin ekanligini bilamiz va ular yorug'lik tezligida harakat qiladilar. Xo'sh, nega biz ularni topa olmaymiz?
Gravitatsiya to'rtta kuchning eng zaifi bo'lib, uni kuzatish qiyin. Neytron yulduzi kabi o'ta massiv jism yaqiniga o'rnatilgan Yupiter-massa tortishish detektori hali ham biror narsani aniqlashda muammoga duch kelishi hisoblab chiqilgan.
4. Taxyonlar
rahmat Star Trek hech bo'lmaganda ba'zi doiralarda takionlarni ommalashtirish uchun. Agar ilmiy fantastika o'zlarining g'alati tabiati tufayli ularga yopishmaganida, bu nazariy zarralar noaniq va noma'lum bo'lishi mumkin edi. Esda tutingki, texnik jihatdan ular mavjud emas, lekin ba'zi fiziklar shunday deb o'ylashadi.
Tachyonning shon-shuhratga bo'lgan eng katta da'vosi uning tezligidir. Ular yorug'likdan tezroq harakat qilishadi. Bu o'z-o'zidan ko'pchilikning taxyon mavjud emasligiga ishonishiga sababdir, chunki hech narsa yorug'likdan tezroq harakat qilmaydi. Ammo nazariy fizika, agar dalillar bo'lsa, hamma narsaga yo'l berishga tayyor, nega bunday bo'lmasin?
Agar takyon yorug'likdan tezroq harakat qilsa, vaqt haqida bilganimizga asoslanib, taxion vaqt ichida orqaga siljishi mumkin. Biz umuman olganda, hech narsa yorug'likdan tezroq harakat qila olmasligini qabul qilamiz, chunki uning massasi va uni harakatlantirish uchun zarur bo'lgan energiya ortadi. Yorug'lik tezligida siz deyarli qotib qolasiz. Ammo tachyonlar energiyani yo'qotganda tezlashadi, ya'ni ular bu to'siqni engib o'tishlari mumkin. Bu, shuningdek, biz filmlardan biladigan barcha vaqt paradokslarini keltirib chiqaradi. Va bu ularning umuman mavjud bo'lmasligi uchun yaxshi sababdir.
Albatta, agar ular mavjud bo'lsa, lekin yorug'lik tezligidan tezroq harakat qilsalar, biz ularni hali aniqlay olmaganligimiz ajablanarli emas va aslida biz ularni aynan shu sababdan hech qachon aniqlay olmaymiz.
3. Qorong'u materiya
“Qorongʻu materiya” atamasini avval ham eshitgan boʻlsangiz kerak, lekin bu nimani anglatishini bilmasangiz, klubga xush kelibsiz. Ilm-fan ham bu masalada qiynaladi, lekin u koinot qanday ishlashi haqidagi ko‘plab savollarga javob beradi, shuning uchun hozir u ko‘plab kosmik hodisalarni tushuntirish uchun o‘ziga xos o‘rinbosar hisoblanadi.
Bizning kuzatishlarimizga asoslanib, galaktikalar harakati mantiqiy emas. Galaktikalar xuddi ko'rinadiganidan ancha massivdek harakatlanadilar. Har qanday galaktikani ushlab turadigan maxfiy massa manbai bo'lishi kerak va bu manba qorong'u materiyadir.
Qorong'u materiya elektromagnitizmni aks ettirmaydi, yutmaydi yoki chiqarmaydi, bu unga o'z nomini beradi. Bu aslida ko'rinmas va shuning uchun u faqat nazariy. Ammo u tortishish kuchini chiqaradi va bu koinotni ushlab turadi. Va bu juda ko'p. Aslida, koinotning butun massasining taxminan 80%.
2. Zarrachalar
Spartikul - bu Spartak va zarralarni esga olib keladigan ajoyib so'z, ammo so'zning faqat yarmi to'g'ri. "S" qismi aslida "supersimmetrik" degan ma'noni anglatadi. Misol uchun, zarralar supersimmetrik zarralar bo'lib, ularning mavjudligi kokos kabi fizika sirlarini ochib berishi mumkin.
Zarrachalar fizikasining standart modeli qanchalik foydali bo'lsa, biz ko'rganimizdek, u juda ko'p bo'shliqlarga ega. Qorong'u materiya nima? Gravitatsiya qanday ishlaydi? Myuonlarning tebranishiga nima sabab bo'ladi? Massaning qayerdan kelib chiqishi va shunga o'xshash narsalar haqida savollar mavjud. Standart modelning qiymatini yoki butunlay yangi modelni ishlab chiqish zarurligini shubha ostiga qo'yadigan savollar etarli. Albatta, gugurtlarni biron joyga siqib qo'ymasangiz.
Zarrachalar fizikasida duch keladigan ko'plab muammolarni supersimmetriya nazariyasi yordamida tushuntirish mumkin. Shunga ko'ra, har bir zarracha supersimmetrik sherigiga ega bo'lishi kerak. Nazariy jihatdan, bu sherik zarralar koinot haqidagi tushunchamizdagi barcha bo'shliqlarni to'ldirishi mumkin. Ular hatto bu narsalarni topish uchun Katta adron kollayderini ham qurdilar. Va bu ishlamadi. Bu nazariyaning noto'g'ri ekanligini anglatmaydi, shunchaki fizikaning murakkab ekanligini va haqiqat asoslarini tushunish biroz vaqt talab etadi.
1. Fotonlar
Oh, kamtar foton. Fotonlarni hamma biladi. Fotonlar biz tushunganimizdek yorug'likni tashkil qiladi, yorug'likning ham zarracha, ham to'lqin sifatida ishlashiga imkon beruvchi elektromagnit energiyaning kichik zarralari. Albatta, fotonlar telefon ekranidan ko'zlaringizga tushadigan yorug'likdan ko'proq narsadir, shuning uchun siz buni ko'rishingiz mumkin. Ular, shuningdek, Wi-Fi, Internetga kirish imkonini beradi, radio to'lqinlar, mikroto'lqinlar, rentgen nurlari, gamma nurlari va boshqalarni eslatib o'tmaydi.
Biz ko'rgan hamma narsa, bizni ko'rishga imkon beruvchi fotonlar mavjudligi sababli sodir bo'ladi. Bu shuni anglatadiki, biz koinotga qaraganimizda va bir milliard yil oldin portlagan yulduzni ko'rganimizda, bu fotonlar bu erga etib borish uchun juda uzoq yo'l bosib, ularni zarralar dunyosining jiddiy ishchi otlariga aylantirgan.
