მთარგმნელი: იოანე შენგელია

სტანდარტული მოდელი აღწერს, თუ როგორ ურთიერთქმედებენ მატერიის საბაზისო აგურები, მართულნი ბუნების ოთხი ფუნდამენტალური ძალით.

წყარო

1930-იანი წლებიდან მოყოლებული ათასობით ფიზიკოსის თეორიებმა და აღმოჩენებმა მნიშვნელოვნად შეცვალა ჩვენი წარმოდგენა მატერიის ფუნდამენტალურ სტრუქტურაზე: ითვლება, რომ სამყაროში ყველაფერი არის "აშენებული" რამდენიმე ტიპის საბაზისო აგურისგან (building blocks), რომელთაც ფუნდამენტალური ნაწილაკები უწოდეს, რომლებიც იმართებიან ბუნების ოთხი ფუნდამენტალური ძალით. ჩვენი საუკეთესო გაგება იმისა, თუ როგორ არიან ერთმანეთთან დაკავშირებულნი ეს ნაწილაკები და ამ ძალებიდან სამი მათგანი - ეს არის ნაწილაკების ფიზიკის სტანდარტული მოდელი, რომელიც განვითარდა 1970-იანებში და წარმატებით ახსნა თითქმის ყველა ექსპერიმენტული შედეგი და ზუსტად იწინასწარმეტყველა ამ ფენომენის ფართე გამოვლინებები. დრო და დრო, ექსპერიმენტების კვალ და კვალ, სტანდარტული მოდელი ჩამოყალიბდა, როგორც კარგად "დატესტილი" ფიზიკური თეორია.

მატერიის ნაწილაკები

მთელი მატერია ჩვენს გარშემო შედგება ელემენტარული ნაწილაკებისგან - მატერიის აგურებისგან. ეს ნაწილაკები იყოფიან ორ საბაზისო ჯგუფად - კვარკებად და ლეპტონებად. თითოეული მათგანი მოიცავს ექვს ნაწილაკს, რომლებიც ერთმანეთთან დაკავშირებულნი არიან წყვილებად, ანდა "თაობებად". ყველაზე მსუბუქი და სტაბილური ნაწილაკები აყალიბებენ პირველ თაობას, ხოლო უფრო მძიმე და ნაკლებად სტაბილური ნაწილაკები მიეკუთვნებიან მეორე და მესამე თაობებს. სამყაროში მთელი სტაბილური მატერია შექმნილია სწორედ პირველი თაობის ნაწილაკებისგან; მძიმე ნაწილაკები კი უფრო სწრაფად იშლებიან, ვიდრე სტაბილურები. ექვსი კვარკი დაწყვილებულია სამ თაობად - "ზედა კვარკი (up)" და "ქვედა კვარკი (down)" პირველ თაობაში, "მომხიბვლელი კვარკი (charm)" და "უცნაური კვარკი (strange)" მეორე თაობაში, და "ზედა კვარკი (top)" და "ქვედა კვარკი (bottom)" მესამე თაობაში. ექვსი ლეპტონიც, მსგვასად კვარკებისა, სამ წყვილად იყოფიან - "ელექტრონი" და "ელექტრონული ნეიტრინო", "მიუონი" და "მიუონური ნეიტრინო", "ტაუ" და "ტაუ ნეიტრინო". ელექტრონს, მიუონს და ტაუს აქვთ ელექტრული მუხტი და შესამჩნევი მასა, მაშინ, როცა ნეიტრინოები არიან ელექტრულად ნეიტრალურები და მასაც ძალიან მცირე აქვთ.

ძალები და გადამტანი ნაწილაკები

სამყაროში არსებობს ოთხი ფუნამენტალური ძალა: ძლიერი ძალა, სუსტი ძალა, ელექტრომაგნიტური ძალა და გრავიტაციული ძალა. ისინი მუშაობენ სხვა და სხვა დიაპაზონებში და აქვთ სხვა და სხვა სიძლიერე. გრავიტაცია არის ყველაზე სუსტი ძალა, მაგრამ აქვს მანძილის უსასრულო დიაპაზონი. ელექტრომაგნიტიზმს ასევე აქვს მანძილის უსასრულო დიაპაზონი, მაგრამ ის მრავალჯერ უფრო ძლიერია, ვიდრე გრავიტაცია. სუსტი და ძლიერი ძალები არიან ეფექტურები მხოლოდ ძალიან პატარა მანძილებზე და დომინირებენ მხოლოდ სუბატომური ნაწილაკების დონეზე. მიუხედავად სახელწოდებისა, სუსტი ძალა ბევრად უფრო ძლიერია, ვიდრე გრავიტაცია, მაგრამ ის ყველაზე სუსტია დანარჩენ სამში. ხოლო ძლიერი ძალა, სახელწოდებისამებრ, ყველაზე ძლიერია ამ ოთხი ფუნდამენტალური ურთიერთქმედებიდან.

1000px standard model of elementary particles.svg 02

ამ ძალებიდან სამი მათგანი მუშაობს ურთიერთქმედების გადამტანი ნაწილაკების გაცვლის ხარჯზე. ამ ნაწილაკებს "ბოზონები" უწოდეს. მატერიის ნაწილაკები ერთმანეთს უგზავნიან ენერგიის დისკრეტულ პორციებს ამ ბოზონების გაცვლით. თითოეულ ფუნდამენტალურ ურთიერთქმედებას ჰყავს საკუთარი გადამტანი ბოზონი - ძლიერი ძალა გადააქვს "გლუონს", ელექტრომაგნიტური ძალა გადააქვს "ფოტონს", ხოლო W და Z ბოზონებს გადააქვთ სუსტი ურთიერთქმედება. თუმცაღა, ექსპერიმენტულად ჯერ არ არის აღმოჩენილი, მაგრამ თეორიულად არსებობს "გრავიტონი", რომელიც მეოთხე ძალის - გრავიტაციის გადამტანია. სტანდარტული მოდელი აერთიანებს ელექტრომაგნიტიზმს, ძლიერ და სუსტ ძალებს, და კარგად აღწერს მათი მოქმედების ხასიათს მატერიის ნაწილაკებზე. თუმცაღა, ჩვენთვის ყველაზე ახლობელი და "ყოველდღიური" ძალა არის გრავიტაცია, მაგრამ ის არ ჯდება სტანდარტული მოდელის ფარგლებში, და მისი "ჩასმა" მოცემულ თეორიაში საკმაოდ რთული გამოწვევაა ფიზიკოსებისთვის. კვანტური თეორია აღწერს მიკროსამყაროს (პირობითად, იმ სამ ძალას), ხოლო ზოგადი ფარდობითობის თეორია კი აღწერს მაკროსამყაროს (გრავიტაციის ძალას), და მათი გაერთიანება ერთ დარგად საკმაოდ რთულია. ჯერჯერობით ვერავინ შეძლო, რომ ეს ორი მათემატიკური მიმართულება შეეთავსებინა სტანდარტული მოდელის ფარგლებში. თუმცა, ნაწილაკების ფიზიკოსების საბედნიეროდ, გრავიტაციის ეფექტი იმდენად სუსტია მცირე მანძილებზე, რომ ის უმნიშვნელოა. მხოლოდ როდესაც მატერია არის საკმაოდ მოცულობითი, მაგალითად ადამიანის სხეულის ან უკეთესი - პლანეტების ზომის და მასის - მაშინ აქვს გრავიტაციას დომინანტი ეფექტი. ასე რომ, სტანდარტული მოდელი მაინც აგრძელებს მუშაობას, მიუხედავად იმისა, რომ მასში "უარყოფილია" ერთ-ერთი ფუნდამენტალურ ძალთაგანი.

სრულყოფილებისგან ჯერ შორს ვართ

ჯერ ფიზიკოსებისთვის არ დამდგარა ის სანუკვარი დღე, როდესაც სამყაროში ყველაფერი ახსნილი იქნება. თუმცაღა, ამჟამად, სტანდარტული მოდელი არის სუბატომური სამყაროს საუკეთესო აღწერა, მაგრამ სრულ სურათს მაინც არ აჩვენებს. თეორია შეიცავს მხოლოდ სამ ფუნდამენტალურ ძალას, გრავიტაციის გარეშე. ასევე არსებობს მნიშვნელოვანი შეკითხვები, რომელთაც პასუხები ჯერ არ გასცემიათ, მაგალითად "რა არის ბნელი მატერია?", ან "რა მოუვიდა ანტიმატერიას დიდი აფეთქების შემდეგ?", "რატომ არსებობს კვარკებისა და ლეპტონების სამი თაობა მასის მიხედვით განსხვავებული?", და სხვანი. ბოლო ნაწილაკი - ჰიგსის ბოზონი - არის სტანდარტული მოდელის არსებითი კომპონენტი.

2012 წლის 4 ივლისს, ATLAS-ის და CMS-ის CERN-ში ჩატარებული ექსპერიმენტების შემდეგ განაცხადეს, რომ შენიშნეს ახალი ნაწილაკი 126 გევ -ის მასის ფარგლებში. ეს ახალი ნაწილაკი არის ჰიგსის ბოზონთან ანალოგიაში, თუმცა ცოტაოდენი სამუშაოა საჭირო იმისთვის, რომ დადგინდეს, არის თუ არა ეს ჰიგსის ბოზონი, რომელსაც სტანდარტული მოდელი წინასწარმეტყველებს. ჰიგსის ბოზონი, რომელზეც სტანდარტულ მოდელშია საუბარი, წარმოადგენს ბრუტ-ენგლერტ-ჰიგსის მექანიზმის მარტივ გამოვლინებას. ჰიგსის ბოზონების სხვა ტიპები ნაწინასწარმეტყველებია სხვა თეორიებით, რომლებიც სტანდარტული მოდელის უკან დგანან.

2013 წლის 8 ოქტომბერს ფრანკოს ენგლერტმა და პეტერ ჰიგსმა მიიღეს ნობელის პრემია: "თეორიული აღმოჩენების გამო, რომელიც შეეხება მექანიზმს, რომელიც გვეხმარება გავიგოთ "მასის" წარმოშობა სუბატომურ ნაწილაკებში, და რაც დადასტურდა ნაწინასწარმეტყველები ფუნდამენტალური ნაწილაკის აღმოჩენით, ATLAS-ის და CMS-ის CERN-ში ჩატარებული ექსპერიმენტებით".

ასე რომ, თუმცაღა სტანდარტული მოდელი აკურატულად აღწერს თავის კვლევის ობიექტს თავის ფარგლებში, მაგრამ ის არ არის მაინც სრული. შესაძლოა, ის არის ნაწილი უფრო დიდი სურათისა, რომელიც ახალი ფიზიკაა სუბატომური სამყაროს უფრო ღრმა ფენებში, ანდაც სამყაროს ბნელი სიღრმეებში. "LHC"-ს ექსპერიმენტების ახალი შედეგები დაგვეხმარება, რათა უფრო მეტი აღმოვაჩინოთ ამ სამყაროს უცნობ ნაწილებში.

თუ მოგეწონათ, გააზიარეთ..