ფუნდამენტური ურთიერთქმედების სტანდარტული მოდელი. სტანდარტული მოდელის მიღმა: რა არ ვიცით სამყაროს სტანდარტული მოდელის ველებისა და მათი როლის შესახებ

რეგულაციები

სტანდარტული მოდელი შედგება შემდეგი დებულებებისაგან:

• მთელი მატერია შედგება ½ სპინის 24 ფუნდამენტური კვანტური ველისაგან, რომელთა კვანტები არის ფუნდამენტური ნაწილაკები - ფერმიონები, რომლებიც შეიძლება გაერთიანდეს ფერმიონების სამ თაობაში: 6 ლეპტონში (ელექტრონი, მუონი, ტაუ ლეპტონი, ელექტრონული ნეიტრინო, მუონური ნეიტრინო და ტაუ ნეიტრინო. ), 6 კვარკი (u, d, s, c, b, t) და 12 შესაბამისი ანტინაწილაკი.
• კვარკები მონაწილეობენ ძლიერ, სუსტ და ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებებში; დამუხტული ლეპტონები (ელექტრონი, მუონი, ტაუ-ლეპტონი) - სუსტ და ელექტრომაგნიტურში; ნეიტრინოები - მხოლოდ სუსტ ურთიერთქმედებებში.
• სამივე ტიპის ურთიერთქმედება წარმოიქმნება პოსტულატის შედეგად, რომ ჩვენი სამყარო სიმეტრიულია ლიანდაგის გარდაქმნების სამი ტიპის მიმართ. ურთიერთქმედების ნაწილაკები ბოზონებია:

8 გლუონი ძლიერი ურთიერთქმედებისთვის (სიმეტრიის ჯგუფი SU(3)); 3 მძიმე ლიანდაგის ბოზონი (W + , W − , Z 0) სუსტი ურთიერთქმედებისთვის (სიმეტრიის ჯგუფი SU(2)); ერთი ფოტონი ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედებისთვის (სიმეტრიის ჯგუფი U(1)).

• ელექტრომაგნიტური და ძლიერი ურთიერთქმედებებისგან განსხვავებით, სუსტ ურთიერთქმედებას შეუძლია სხვადასხვა თაობის ფერმიონების შერევა, რაც იწვევს ყველა ნაწილაკების არასტაბილურობას, გარდა მსუბუქი ნაწილაკებისა და ისეთი ეფექტების, როგორიცაა CP დარღვევა და ნეიტრინო რხევები.
• სტანდარტული მოდელის გარე პარამეტრებია:
  • ლეპტონების მასები (3 პარამეტრი, ნეიტრინოები ვარაუდობენ მასის გარეშე) და კვარკები (6 პარამეტრი), ინტერპრეტირებული, როგორც მათი ველების ურთიერთქმედების მუდმივები ჰიგსის ბოზონის ველთან,
  • CKM კვარკების შერევის მატრიცის პარამეტრები - სამი შერევის კუთხე და ერთი რთული ფაზა, რომელიც არღვევს CP სიმეტრიას - კვარკების ურთიერთქმედების მუდმივები ელექტროსუსტ ველთან,
  • ჰიგსის ველის ორი პარამეტრი, რომლებიც ცალსახად არის დაკავშირებული მის ვაკუუმის მოლოდინის მნიშვნელობასთან და ჰიგსის ბოზონის მასასთან,
  • სამი ურთიერთქმედების მუდმივი ასოცირებული ლიანდაგის ჯგუფებთან U(1), SU(2) და SU(3), შესაბამისად, და ახასიათებს ელექტრომაგნიტური, სუსტი და ძლიერი ურთიერთქმედებების შედარებით ინტენსივობას.

ნეიტრინოს რხევების აღმოჩენის გამო, სტანდარტულ მოდელს სჭირდება გაფართოება, რომელიც შემოაქვს დამატებით 3 ნეიტრინო მასას და მინიმუმ 4 პარამეტრს PMNS ნეიტრინოს შერევის მატრიცის მსგავსი CKM კვარკის შერევის მატრიცის მსგავსი, და შესაძლოა კიდევ 2 შერევის პარამეტრი, თუ ნეიტრინოები არიან მაჯორანა. ნაწილაკები. ასევე, კვანტური ქრომოდინამიკის ვაკუუმის კუთხე ზოგჯერ შედის სტანდარტული მოდელის პარამეტრებში. აღსანიშნავია, რომ მათემატიკურ მოდელს 20 უცნაური რიცხვის ნაკრებით შეუძლია აღწეროს ფიზიკაში დღემდე ჩატარებული მილიონობით ექსპერიმენტის შედეგები.

სტანდარტული მოდელის მიღმა

იხილეთ ასევე

შენიშვნები

ლიტერატურა

• ემელიანოვი V.M.სტანდარტული მოდელი და მისი გაფართოებები. - M .: Fizmatlit, 2007. - 584გვ. - (ძირითადი და გამოყენებითი ფიზიკა). - ISBN 978-5-922108-30-0

ბმულები

ფონდი ვიკიმედია. 2010 წ.

ნახეთ, რა არის "სტანდარტული მოდელი" სხვა ლექსიკონებში:

STANDARD MODEL, ELEMENTARY PARTICLES და მათი ურთიერთქმედების მოდელი, რომელიც ყველაზე სრულყოფილი აღწერაა ფიზიკური მოვლენებიელექტროენერგიასთან დაკავშირებული. ნაწილაკები იყოფა ჰადრონებად (ბირთვული ძალების გავლენით კვარკებად იქცევა), ... ... სამეცნიერო და ტექნიკური ენციკლოპედიური ლექსიკონი

ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკაში, თეორია, საბაზისო ჯგუფის მიხედვით. (ფუნდამენტური) ელემენტარული ნაწილაკებია კვარკები და ლეპტონები. ძლიერი ურთიერთქმედება, რომლის საშუალებითაც კვარკები უკავშირდებიან ჰადრონებს, ხორციელდება გლუონების გაცვლით. ელექტროსუსტი...... ბუნებისმეტყველება. ენციკლოპედიური ლექსიკონი

- ... ვიკიპედია

სტანდარტული საერთაშორისო სავაჭრო მოდელი- ამჟამად საერთაშორისო ვაჭრობის ყველაზე ფართოდ გამოყენებული მოდელი, რომელიც ავლენს საგარეო ვაჭრობის გავლენას სავაჭრო ქვეყნის ძირითად მაკროეკონომიკურ მაჩვენებლებზე: წარმოება, მოხმარება, საზოგადოებრივი კეთილდღეობა ... ეკონომიკა: ლექსიკონი

- (Heckscher Ohlin model) ქვეყნებს შორის საგარეო ვაჭრობის სტანდარტული მოდელი (ინტრა ინდუსტრიული ვაჭრობა) განსხვავებული ინდუსტრიული სტრუქტურით, დასახელებული მისი შვედი შემქმნელების სახელების მიხედვით. ამ მოდელის მიხედვით, ქვეყნებს აქვთ იგივე წარმოება ... ... ეკონომიკური ლექსიკონი

მსოფლიოს სამეცნიერო სურათი (SCM) (ბუნებისმეტყველების ერთ-ერთი ფუნდამენტური ცნება) არის ცოდნის სისტემატიზაციის განსაკუთრებული ფორმა, სხვადასხვა სამეცნიერო თეორიების თვისებრივი განზოგადება და იდეოლოგიური სინთეზი. როგორც საერთო ... ... ვიკიპედიის შესახებ იდეების ჰოლისტიკური სისტემა

C სტანდარტული ბიბლიოთეკის მტკიცებით.h კომპლექსი.h ctype.h errno.h fenv.h float.h inttypes.h iso646.h ლიმიტები.h ლოკალი.h math.h setjmp.h სიგნალი.h stdarg.h stdbool.h stddef. თ ... ვიკიპედია

მეცნიერების სტანდარტული კონცეფცია ლოგიკურია მეთოდოლოგიური ანალიზისაბუნებისმეტყველო თეორიები განვითარდა ქვეშ მნიშვნელოვანი გავლენამეცნიერების ნეოპოზიტივისტური ფილოსოფია. მეცნიერების სტანდარტული კონცეფციის ფარგლებში, თეორიის თვისებები (ინტერპრეტაცია, როგორც ... ... ფილოსოფიური ენციკლოპედია

საბუნებისმეტყველო თეორიების ლოგიკური და მეთოდოლოგიური ანალიზის ფორმა, რომელიც განვითარდა მეცნიერების ნეოპოზიტივისტური ფილოსოფიის მნიშვნელოვანი გავლენით. მეცნიერების სტანდარტული კონცეფციის ფარგლებში, თეორიის თვისებები (ინტერპრეტაცია, როგორც მეცნიერულად მნიშვნელოვანი ... ... ფილოსოფიური ენციკლოპედია

წიგნები

• ნაწილაკების ფიზიკა - 2013. Quantum electrodynamics and the Standard Model, O. M. Boyarkin, G. G. Boyarkina. ორტომეული წიგნის მეორე ტომში, რომელიც შეიცავს ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკის თანამედროვე კურსს, კვანტური ელექტროდინამიკა განიხილება, როგორც რეალური ურთიერთქმედების თეორიის პირველი მაგალითი.

ნახ. 11.1 ჩვენ ჩამოვთვალეთ ყველა ცნობილი ნაწილაკი. ეს არის სამყაროს სამშენებლო ბლოკები, ყოველ შემთხვევაში, ეს არის თვალსაზრისი ამ სტატიის წერის დროს, მაგრამ ჩვენ ველოდებით კიდევ რამდენიმეს აღმოჩენას - შესაძლოა ვიხილოთ ჰიგსის ბოზონი ან ახალი ნაწილაკი, რომელიც ასოცირდება იდუმალ ბნელ მატერიასთან. არსებობს უხვად, რაც, ალბათ, აუცილებელია მთელი სამყაროს აღწერისთვის. ან, შესაძლოა, ჩვენ ველოდებით სუპერსიმეტრიულ ნაწილაკებს, რომლებიც იწინასწარმეტყველებენ სიმების თეორიით, ან კალუზა-კლაინის აგზნებით, რომლებიც დამახასიათებელია სივრცის დამატებითი ზომებისთვის, ან ტექნიკური კვარკები, ან ლეპტოკვარკები, ან ... თეორიული არგუმენტები ბევრია და ეს არის პასუხისმგებლობა. ისინი, ვინც ატარებენ ექსპერიმენტებს LHC-ში, რათა შეავიწროვონ საძიებო ველი, გამორიცხონ არასწორი თეორიები და მიუთითონ წინსვლის გზა.

ბრინჯი. 11.1. ბუნების ნაწილაკები

ყველაფერი, რისი დანახვა და შეხებაა შესაძლებელი; ყოველი უსულო მანქანა, ყოველი ცოცხალი არსება, ყოველი კლდე, ყოველი ადამიანი პლანეტა დედამიწაზე, ყველა პლანეტა და ყველა ვარსკვლავი დაკვირვებადი სამყაროს 350 მილიარდი გალაქტიკიდან, შედგება პირველი სვეტის ნაწილაკებისგან. თქვენ თავად შედგებით მხოლოდ სამი ნაწილაკების კომბინაციით - კვარკებისა და ელექტრონის ზემოთ და ქვემოთ. კვარკები ქმნიან ატომის ბირთვს, ხოლო ელექტრონები, როგორც ვნახეთ, პასუხისმგებელნი არიან ქიმიურ პროცესებზე. პირველი სვეტიდან დარჩენილი ნაწილაკი, ნეიტრინო, შეიძლება თქვენთვის ნაკლებად ნაცნობი იყოს, მაგრამ მზე თქვენი სხეულის ყოველ კვადრატულ სანტიმეტრს ხვრეტს ამ ნაწილაკებიდან ყოველ წამში 60 მილიარდი. ისინი, ძირითადად, დაუყოვნებლად გადიან შენზე და მთელ დედამიწაზე – ამიტომაც არასოდეს შეგიმჩნევიათ და არ გიგრძვნიათ მათი ყოფნა. მაგრამ ისინი, როგორც მალე დავინახავთ, მთავარ როლს ასრულებენ იმ პროცესებში, რომლებიც უზრუნველყოფენ მზის ენერგიას და, შესაბამისად, ჩვენს სიცოცხლეს შესაძლებელს ხდის.

ეს ოთხი ნაწილაკი ქმნის ეგრეთ წოდებულ მატერიის პირველ თაობას - ოთხ ფუნდამენტურ ბუნებრივ ურთიერთქმედებასთან ერთად, ეს არის ყველაფერი, რაც, როგორც ჩანს, საჭიროა სამყაროს შესაქმნელად. თუმცა, ჯერ კიდევ ბოლომდე გაუგებარი მიზეზების გამო, ბუნებამ აირჩია მოგვაწოდოს კიდევ ორი ​​თაობა - პირველის კლონი, მხოლოდ ეს ნაწილაკებია უფრო მასიური. ისინი წარმოდგენილია ნახ. 11.1. ზედა კვარკი, კერძოდ, მასით აღემატება სხვა ფუნდამენტურ ნაწილაკებს. ის აღმოაჩინეს ამაჩქარებლის ეროვნულ ლაბორატორიაში. ენრიკო ფერმი ჩიკაგოს მახლობლად 1995 წელს და გაზომილი იყო პროტონის მასაზე 180-ჯერ მეტი. რატომ აღმოჩნდა ტოპ კვარკი ასეთი მონსტრი, თუ გავითვალისწინებთ, რომ ის ისეთივე წერტილის მსგავსია, როგორც ელექტრონი, ჯერ კიდევ საიდუმლოა. მიუხედავად იმისა, რომ მატერიის ყველა ეს დამატებითი თაობა არ თამაშობს პირდაპირ როლს სამყაროს ნორმალურ საქმეებში, ისინი ალბათ მთავარი მოთამაშეები იყვნენ დიდი აფეთქების შემდეგ... მაგრამ ეს სხვა ამბავია.

ნახ. 11.1, მარჯვენა სვეტი ასევე აჩვენებს ურთიერთქმედების მატარებელ ნაწილაკებს. გრავიტაცია არ არის ნაჩვენები ცხრილში. სტანდარტული მოდელის გამოთვლების გრავიტაციის თეორიაზე გადატანის მცდელობა გარკვეულ სირთულეებს აწყდება. ზოგიერთის სიმძიმის კვანტურ თეორიაში არარსებობა მნიშვნელოვანი თვისებებისტანდარტული მოდელისთვის დამახასიათებელი, არ იძლევა იქ იგივე მეთოდების გამოყენების საშუალებას. ჩვენ არ ვამტკიცებთ, რომ ის საერთოდ არ არსებობს; სიმების თეორია არის გრავიტაციის გათვალისწინების მცდელობა, მაგრამ ჯერჯერობით ამ მცდელობის წარმატება შეზღუდულია. ვინაიდან გრავიტაცია ძალიან სუსტია, ის არ თამაშობს მნიშვნელოვან როლს ნაწილაკების ფიზიკის ექსპერიმენტებში და ამ ძალიან პრაგმატული მიზეზის გამო, ამაზე აღარ ვისაუბრებთ. ბოლო თავში დავადგინეთ, რომ ფოტონი ემსახურება როგორც შუამავალს ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების გავრცელებაში ელექტრულად დამუხტულ ნაწილაკებს შორის და ეს ქცევა განისაზღვრება ახალი გაფანტვის წესით. ნაწილაკები ვდა ზიგივე გააკეთე სუსტი ძალისთვის და გლუონები ატარებენ ძლიერ ძალას. ძალების კვანტურ აღწერილობებს შორის ძირითადი განსხვავებები განპირობებულია იმით, რომ გაფანტვის წესები განსხვავებულია. დიახ, ყველაფერი (თითქმის) ასე მარტივია და ჩვენ ვაჩვენეთ გაფანტვის რამდენიმე ახალი წესი ნახ. 11.2. კვანტურ ელექტროდინამიკასთან მსგავსება აადვილებს ძლიერი და სუსტი ურთიერთქმედების ფუნქციონირების გაგებას; ჩვენ მხოლოდ უნდა გავიგოთ, რა არის მათთვის გაფანტვის წესები, რის შემდეგაც შეგვიძლია დავხატოთ იგივე ფეინმანის დიაგრამები, რომლებიც კვანტურ ელექტროდინამიკისთვის ავიღეთ ბოლო თავში. საბედნიეროდ, გაფანტვის წესების შეცვლა ძალიან მნიშვნელოვანია ფიზიკური სამყაროსთვის.

ბრინჯი. 11.2. ზოგიერთი გაფანტული წესი ძლიერი და სუსტი ურთიერთქმედებისთვის

თუ ჩვენ ვწერდით სახელმძღვანელოს კვანტური ფიზიკის შესახებ, შეგვეძლო განვაგრძოთ გაფანტვის წესების გამოყვანა ნახ. 11.2 პროცესები და მრავალი სხვა. ეს წესები ცნობილია ფეინმანის წესების სახელით და ისინი მოგვიანებით დაგეხმარებიან - ან კომპიუტერულ პროგრამას - გამოთვალოთ ამა თუ იმ პროცესის ალბათობა, როგორც ეს გავაკეთეთ კვანტური ელექტროდინამიკის თავში.

ეს წესები ასახავს რაღაც ძალიან მნიშვნელოვანს ჩვენი სამყაროს შესახებ და ძალიან საბედნიეროდ შეიძლება მათი დაყვანა მარტივი სურათებისა და პოზიციების ერთობლიობამდე. მაგრამ ჩვენ რეალურად არ ვწერთ სახელმძღვანელოს კვანტური ფიზიკის შესახებ, ასე რომ, მოდით ფოკუსირება გავაკეთოთ დიაგრამაზე ზედა მარჯვნივ: ეს არის გაფანტვის წესიგანსაკუთრებით მნიშვნელოვანია დედამიწაზე სიცოცხლისთვის. ის გვიჩვენებს, თუ როგორ გადადის up კვარკი ქვემოთ კვარკში და ასხივებს ვ-ნაწილაკი და ეს ქცევა იწვევს გრანდიოზულ შედეგებს მზის ბირთვში.

მზე არის პროტონების, ნეიტრონების, ელექტრონების და ფოტონების აირისებრი ზღვა, რომლის მოცულობა მილიონი დედამიწის გლობუსია. ეს ზღვა იშლება საკუთარი გრავიტაციის ქვეშ. წარმოუდგენელი შეკუმშვა ათბობს მზის ბირთვს 15,000,000 ℃-მდე და ამ ტემპერატურაზე პროტონები იწყებენ შერწყმას ჰელიუმის ბირთვების წარმოქმნით. ეს ათავისუფლებს ენერგიას, რომელიც ზრდის ზეწოლას ვარსკვლავის გარე ფენებზე, რაც აბალანსებს მიზიდულობის შინაგან ძალას.

ჩვენ უფრო დეტალურად შევისწავლით ამ არასტაბილურ წონასწორობას ეპილოგში, მაგრამ ახლა ჩვენ უბრალოდ გვინდა გავიგოთ რას ნიშნავს "პროტონები იწყებენ ერთმანეთთან შერწყმას". როგორც ჩანს, საკმაოდ მარტივია, მაგრამ მზის ბირთვში ასეთი შერწყმის ზუსტი მექანიზმი 1920-იან და 1930-იან წლებში მუდმივი სამეცნიერო დებატების წყარო იყო. ბრიტანელმა მეცნიერმა არტურ ედინგტონმა პირველმა გამოთქვა ვარაუდი, რომ მზის ენერგიის წყარო იყო ბირთვული შერწყმა, მაგრამ სწრაფად გაირკვა, რომ ტემპერატურა ძალიან დაბალი იყო ამ პროცესის დასაწყებად იმ დროისთვის ცნობილი ფიზიკის კანონების შესაბამისად. თუმცა, ედინგტონმა თავი შეიკავა. საყოველთაოდ ცნობილია მისი შენიშვნა: „ჰელიუმი, რომელთანაც საქმე გვაქვს, რაღაც დროს რაღაც ადგილას უნდა იყოს ჩამოყალიბებული. ჩვენ არ ვკამათობთ კრიტიკოსთან, რომ ვარსკვლავები ამ პროცესისთვის საკმარისად ცხელ არ არიან; ჩვენ ვთავაზობთ მას უფრო თბილი ადგილის პოვნას“.

პრობლემა ის არის, რომ როდესაც მზის ბირთვში ორი სწრაფად მოძრავი პროტონი ერთმანეთს უახლოვდება, ისინი მოიგერიებენ ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების გზით (ან, კვანტური ელექტროდინამიკის ენაზე, ფოტონების გაცვლის გზით). შერწყმის მიზნით, ისინი უნდა გადაიზარდონ თითქმის სრულ გადახურვამდე და მზის პროტონები, როგორც ეს კარგად იცოდნენ ედინგტონმა და მისმა კოლეგებმა, არ მოძრაობენ საკმარისად სწრაფად (რადგან მზე საკმარისად ცხელი არ არის), რათა გადალახონ ორმხრივი ელექტრომაგნიტური მოგერიება. რებუსი წყდება შემდეგნაირად: გამოდის წინა პლანზე ვ-ნაწილაკი და გადაარჩენს სიტუაციას. შეჯახებისას, ერთ-ერთ პროტონს შეუძლია გადაიქცეს ნეიტრონად, აქცევს მის ერთ-ერთ ზედა კვარკს ქვედა კვარკად, როგორც ეს ნაჩვენებია გაფანტვის წესის ილუსტრაციაში ნახ. 11.2. ახლა ახლად წარმოქმნილი ნეიტრონი და დარჩენილი პროტონი შეიძლება ერთმანეთთან ძალიან მჭიდროდ დადგეს, რადგან ნეიტრონი არ ატარებს რაიმე ელექტრულ მუხტს. ველის კვანტური თეორიის ენაზე, ეს ნიშნავს, რომ ფოტონების გაცვლა, რომელშიც ნეიტრონი და პროტონი ერთმანეთს მოიგერიებენ, არ ხდება. ელექტრომაგნიტური მოგერიებისგან გათავისუფლებული პროტონი და ნეიტრონი შეიძლება შერწყმა (ძლიერი ურთიერთქმედების გზით) წარმოქმნას დეიტრონი, რომელიც სწრაფად იწვევს ჰელიუმის წარმოქმნას, რომელიც ათავისუფლებს ენერგიას, რომელიც სიცოცხლეს აძლევს ვარსკვლავს. ეს პროცესი ნაჩვენებია ნახ. 11.3 და ასახავს იმ ფაქტს, რომ ვ- ნაწილაკი დიდხანს არ ცოცხლობს, იშლება პოზიტრონად და ნეიტრინოდ - სწორედ ეს არის ნეიტრინოების წყარო, რომლებიც დაფრინავენ თქვენს სხეულში ასეთი რაოდენობით. ედინგტონის მიერ შერწყმის, როგორც მზის ენერგიის წყაროს მებრძოლი დაცვა გამართლებული იყო, თუმცა მას არ ჰქონდა მზა გამოსავალი. ვ- CERN-ში აღმოაჩინეს ნაწილაკი, რომელიც განმარტავს რა ხდება Z-ნაწილაკი 1980-იან წლებში.

ბრინჯი. 11.3. პროტონის ნეიტრონად გარდაქმნა სუსტი ურთიერთქმედების ფარგლებში პოზიტრონისა და ნეიტრინოს ემისიასთან. ამ პროცესის გარეშე მზე ვერ ანათებდა

სტანდარტული მოდელის მოკლე მიმოხილვის დასასრულებლად, მოდით მივმართოთ ძლიერ ძალას. გაფანტვის წესები ისეთია, რომ მხოლოდ კვარკებს შეუძლიათ გლუონებში გადასვლა. უფრო მეტიც, ისინი უფრო მეტად აკეთებენ ამას, ვიდრე სხვა რამეს. გლუონების გამოსხივებისადმი მიდრეკილება არის ზუსტად ის მიზეზი, რის გამოც ძლიერმა ძალამ მიიღო სახელი და რატომ ახერხებს გლუონების გაფანტვას დაძლიოს ელექტრომაგნიტური ამაღელვებელი ძალა, რომელიც გამოიწვევს დადებითად დამუხტული პროტონის განადგურებას. საბედნიეროდ, ძლიერი ბირთვული ძალა ვრცელდება მხოლოდ მცირე მანძილზე. გლუონები ფარავს არაუმეტეს 1 ფემტომეტრის (10-15 მ) მანძილს და კვლავ იშლება. მიზეზი, რის გამოც გლუონების გავლენა იმდენად შეზღუდულია, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც შევადარებთ ფოტონებს, რომლებსაც შეუძლიათ მთელ სამყაროში გადაადგილება, არის ის, რომ გლუონები შეიძლება გადაიქცეს სხვა გლუონებად, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახ. 11.2. გლუონების ეს ხრიკი არსებითად განასხვავებს ძლიერ ურთიერთქმედებას ელექტრომაგნიტურისგან და ზღუდავს მისი მოქმედების სფეროს ატომის ბირთვის შემცველობით. ფოტონებს არ აქვთ ასეთი სახის თვითგადასვლა, რაც კარგია, რადგან წინააღმდეგ შემთხვევაში თქვენ ვერ შეძლებთ დაინახოთ რა ხდება თქვენს წინ, რადგან თქვენსკენ მოფრენილი ფოტონები მოგერიდებათ მათ მიერ, რომლებიც მოძრაობენ თქვენი ხაზის გასწვრივ. მხედველობა. ის ფაქტი, რომ ჩვენ საერთოდ შეგვიძლია დავინახოთ, ბუნების ერთ-ერთი საოცრებაა, რომელიც ასევე აშკარად გვახსენებს, რომ ფოტონები საერთოდ იშვიათად ურთიერთობენ.

ჩვენ არ ავუხსენით, საიდან მოდის ეს ახალი წესები და არც რატომ შეიცავს სამყარო ნაწილაკების ასეთ კომპლექტს. და ამასაც აქვს მიზეზები: ფაქტობრივად, არცერთ ამ კითხვაზე პასუხი არ ვიცით. ნაწილაკები, რომლებიც ქმნიან ჩვენს სამყაროს - ელექტრონები, ნეიტრინოები და კვარკები - მთავარი მსახიობები არიან კოსმიურ დრამაში, რომელიც ჩვენს თვალწინ ვითარდება, მაგრამ ჯერჯერობით ჩვენ არ გვაქვს დამაჯერებელი გზა იმის ასახსნელად, თუ რატომ უნდა იყოს მსახიობი ასეთი.

თუმცა, მართალია, რომ ნაწილაკების ჩამონათვალის გათვალისწინებით, ჩვენ შეგვიძლია ნაწილობრივ ვიწინასწარმეტყველოთ მათი ურთიერთქმედების გზა, რომელიც დადგენილია გაფანტვის წესებით. ფიზიკოსებმა არ აირჩიეს ჰაერიდან გაფანტვის წესები: ყველა შემთხვევაში ისინი იწინასწარმეტყველეს იმის საფუძველზე, რომ თეორია, რომელიც აღწერს ნაწილაკების ურთიერთქმედებას, უნდა იყოს კვანტური ველის თეორია გარკვეული დანამატით, რომელსაც ეწოდება ლიანდაგის უცვლელობა.

გაფანტვის წესების წარმოშობის განხილვა ძალიან შორს წაგვიყვანს წიგნის ძირითადი მიმართულებიდან - მაგრამ ჩვენ მაინც გვინდა გავიმეორო, რომ ძირითადი კანონები ძალიან მარტივია: სამყარო შედგება ნაწილაკებისგან, რომლებიც მოძრაობენ და ურთიერთქმედებენ გადასვლისა და გაფანტვის წესების ნაკრები. ჩვენ შეგვიძლია გამოვიყენოთ ეს წესები "რაღაცის" ალბათობის გამოთვლისას გაგრძელება, საათის ხაზების რიგების შეკრება, თითოეული საათის გვერდი შეესაბამება ამ "რაღაცის" ყველა გზას შეიძლება მოხდეს .

მასის წარმოშობა

იმის მტკიცებით, რომ ნაწილაკებს შეუძლიათ წერტილიდან წერტილამდე ხტომა და გაფანტვა, ჩვენ შევდივართ ველის კვანტური თეორიის სფეროში. გარდამავალი და გაფანტვა არის პრაქტიკულად ყველაფერი, რაც ის აკეთებს. თუმცა მასა აქამდე არ გვიხსენებია, რადგან გადავწყვიტეთ ყველაზე საინტერესო ბოლოსთვის დაგვეტოვებინა.

თანამედროვე ნაწილაკების ფიზიკა მოწოდებულია უპასუხოს მასის წარმოშობის კითხვას და აძლევს მას ფიზიკის მშვენიერი და გასაოცარი ფილიალის დახმარებით, რომელიც დაკავშირებულია ახალ ნაწილაკთან. უფრო მეტიც, ის ახალია არა მხოლოდ იმ თვალსაზრისით, რომ ჩვენ ჯერ არ შეგვხვედრია იგი ამ წიგნის ფურცლებზე, არამედ იმიტომაც, რომ სინამდვილეში დედამიწაზე ჯერ არავის შეხვედრია „პირისპირ“. ამ ნაწილაკს ჰიგსის ბოზონი ჰქვია და LHC ახლოსაა მის პოვნასთან. 2011 წლის სექტემბრისთვის, როდესაც ჩვენ ვწერთ ამ წიგნს, LHC-ზე დაფიქსირდა ჰიგსის ბოზონის მსგავსი კურიოზული ობიექტი, მაგრამ ჯერჯერობით არ მომხდარა საკმარისი მოვლენები, რათა გადაწყვიტოს არის თუ არა ეს. შესაძლოა, ეს მხოლოდ საინტერესო სიგნალები იყო, რომლებიც შემდგომი გამოკვლევის შემდეგ გაქრა. მასის წარმოშობის საკითხი განსაკუთრებით საყურადღებოა იმით, რომ მასზე პასუხი ღირებულია ჩვენი აშკარა სურვილის მიღმა ვიცოდეთ რა არის მასა. შევეცადოთ უფრო დეტალურად ავხსნათ ეს საკმაოდ იდუმალი და უცნაურად აგებული წინადადება.

როდესაც ვსაუბრობდით ფოტონებსა და ელექტრონებზე კვანტურ ელექტროდინამიკაში, ჩვენ შემოვიღეთ გადასვლის წესი თითოეული მათგანისთვის და აღვნიშნეთ, რომ ეს წესები განსხვავებულია: ელექტრონისთვის, რომელიც დაკავშირებულია წერტილიდან გადასვლასთან. მაგრამზუსტად ATჩვენ გამოვიყენეთ სიმბოლო P(A, B), ხოლო ფოტონთან დაკავშირებული შესაბამისი წესისთვის - სიმბოლო L(A, B).დროა განიხილოს რამდენად განსხვავდება წესები ამ ორ შემთხვევაში. განსხვავება იმაში მდგომარეობს, მაგალითად, რომ ელექტრონები იყოფა ორ ტიპად (როგორც ვიცით, ისინი „ტრიალებს“ ორი სხვადასხვა გზით) და ფოტონები იყოფა სამად, მაგრამ ეს განსხვავება ახლა არ გვაინტერესებს. ჩვენ სხვა რამეს მივაქცევთ ყურადღებას: ელექტრონს აქვს მასა, ფოტონს კი არა. ეს არის ის, რაც ჩვენ შევისწავლით.

ნახ. 11.4 გვიჩვენებს ერთ-ერთ ვარიანტს, თუ როგორ შეიძლება წარმოვადგინოთ ნაწილაკის მასით გავრცელება. ფიგურაში ნაწილაკი წერტილიდან ხტება მაგრამზუსტად ATრამდენიმე ეტაპად. ის მიდის წერტილიდან მაგრამ 1 წერტილამდე, 1 წერტილიდან მე-2 წერტილამდე და ასე შემდეგ, სანამ საბოლოოდ არ მოხვდება მე-6 წერტილიდან წერტილამდე AT. თუმცა საინტერესოა, რომ ამ ფორმით ყოველი ნახტომის წესი არის ნულოვანი მასის მქონე ნაწილაკების წესი, მაგრამ ერთი მნიშვნელოვანი გაფრთხილებით: ყოველ ჯერზე, როცა ნაწილაკი მიმართულებას იცვლის, ჩვენ უნდა გამოვიყენოთ ახალი წესი საათის შესამცირებლად და შემცირების რაოდენობა უკუპროპორციულია აღწერილი ნაწილაკების მასის. ეს ნიშნავს, რომ საათის ყოველი ცვლილებისას, მძიმე ნაწილაკებთან დაკავშირებული საათები ნაკლებად მკვეთრად მცირდება, ვიდრე მსუბუქ ნაწილაკებთან დაკავშირებული საათები. მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ეს წესი სისტემურია.

ბრინჯი. 11.4. მასიური ნაწილაკი მოძრაობს წერტილიდან მაგრამზუსტად AT

საათის ზიგზაგიც და შეკუმშვაც პირდაპირ გამომდინარეობს ფეინმანის წესებიდან მასიური ნაწილაკების გავრცელების შესახებ სხვა დაშვებების გარეშე. ნახ. 11.4 გვიჩვენებს ნაწილაკების წერტილიდან მოხვედრის მხოლოდ ერთ გზას მაგრამზუსტად AT– ექვსი ბრუნვისა და ექვსი შემცირების შემდეგ. რომ მიიღოთ საათის საბოლოო სახე, რომელიც დაკავშირებულია წერტილიდან გამავალ მასიურ ნაწილაკთან მაგრამზუსტად ATჩვენ, როგორც ყოველთვის, უნდა დავამატოთ საათის უსასრულო რაოდენობა, რომლებიც დაკავშირებულია ყველა შესაძლო გზასთან, რომლითაც ნაწილაკს შეუძლია თავისი ზიგზაგის გზა წერტილიდან მაგრამზუსტად AT. უმარტივესი გზაა სწორი გზა ყოველგვარი შემობრუნების გარეშე, მაგრამ ასევე მოგიწევთ გაითვალისწინოთ მარშრუტები დიდი რაოდენობით შემობრუნებით.

ნულოვანი მასის ნაწილაკებისთვის, შემცირების ფაქტორი, რომელიც დაკავშირებულია თითოეულ ბრუნვასთან, სასიკვდილოა, რადგან ის უსასრულოა. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, პირველი შემობრუნების შემდეგ, ჩვენ ვამცირებთ ციფერბლატს ნულამდე. ამრიგად, მასის გარეშე ნაწილაკებისთვის მნიშვნელოვანია მხოლოდ პირდაპირი მარშრუტი - სხვა ტრაექტორიები უბრალოდ არ შეესაბამება საათის არცერთ სახეს. ეს არის ზუსტად ის, რასაც ველოდით: მასის გარეშე ნაწილაკებისთვის შეგვიძლია გამოვიყენოთ ნახტომის წესი. თუმცა, არანულოვანი მასის მქონე ნაწილაკებისთვის მობრუნება დასაშვებია, თუმცა თუ ნაწილაკი ძალიან მსუბუქია, მაშინ შემცირების ფაქტორი აწესებს მძიმე ვეტოს მრავალი მობრუნების ტრაექტორიებზე.

ამრიგად, ყველაზე სავარაუდო მარშრუტები შეიცავს რამდენიმე შემობრუნებას. პირიქით, მძიმე ნაწილაკებს მობრუნებისას არ ემუქრებათ შემცირების ფაქტორი, ამიტომ ისინი უფრო ხშირად აღწერენ ზიგზაგის ბილიკებს. აქედან გამომდინარე, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ მძიმე ნაწილაკები შეიძლება ჩაითვალოს უმასურ ნაწილებად, რომლებიც მოძრაობენ წერტილიდან მაგრამზუსტად ATზიგზაგი. ზიგზაგების რაოდენობა არის ის, რასაც ჩვენ "მასას" ვუწოდებთ.

ეს ყველაფერი შესანიშნავია, რადგან ახლა ჩვენ გვაქვს მასიური ნაწილაკების წარმოდგენის ახალი გზა. ნახ. 11.5 გვიჩვენებს სამი განსხვავებული ნაწილაკის გავრცელებას წერტილიდან მზარდი მასით მაგრამზუსტად AT. ყველა შემთხვევაში, მათი ბილიკის თითოეულ „ზიგზაგთან“ დაკავშირებული წესი იგივეა, რაც წესი მასის გარეშე ნაწილაკისთვის და ყოველი შემობრუნებისთვის თქვენ უნდა გადაიხადოთ საათის სიბრტყის შემცირებით. ოღონდ ზედმეტად ნუ აღელვებთ: ჯერ ფუნდამენტური არაფერი გვიხსნია. ყველაფერი რაც აქამდე გაკეთდა არის სიტყვა „მასის“ ჩანაცვლება სიტყვებით „ზიგზაგებისადმი მიდრეკილება“. ეს შეიძლება გაკეთდეს, რადგან ორივე ვარიანტი არის მასიური ნაწილაკების გავრცელების მათემატიკურად ეკვივალენტური აღწერა. მაგრამ ასეთი შეზღუდვებითაც კი, ჩვენი დასკვნები საინტერესო ჩანს და ახლა ვიგებთ, რომ ეს, თურმე, მხოლოდ მათემატიკური ცნობისმოყვარეობა არ არის.

ბრინჯი. 11.5. მზარდი მასის მქონე ნაწილაკები მოძრაობენ წერტილიდან მაგრამზუსტად AT. რაც უფრო მასიურია ნაწილაკი, მით მეტია ზიგზაგი მის მოძრაობაში

სწრაფად გადადით სპეკულატიურ სამყაროში - თუმცა სანამ ამ წიგნს წაიკითხავთ, თეორია შეიძლება უკვე დადასტურდეს.

ამ დროისთვის LHC-ზე მიმდინარეობს პროტონების შეჯახება, რომელთა საერთო ენერგია 7 ტევ-ია. TeV არის ტერაელექტრონვოლტი, რომელიც შეესაბამება იმ ენერგიას, რომელიც ელექტრონს ექნებოდა 7 000 000 მილიონი ვოლტის პოტენციური სხვაობის გავლით. შედარებისთვის, გაითვალისწინეთ, რომ ეს არის დაახლოებით ის ენერგია, რომელიც სუბატომურ ნაწილაკებს ჰქონდათ წამის ტრილიონედი დიდი აფეთქების შემდეგ და ეს ენერგია საკმარისია ჰაერიდან პირდაპირ მასის შესაქმნელად, 7000 პროტონის მასის ექვივალენტური (აინშტაინის მიხედვით). ფორმულა E=mc²). და ეს არის გამოთვლილი ენერგიის მხოლოდ ნახევარი: საჭიროების შემთხვევაში, LHC-ს შეუძლია ჩართოს კიდევ უფრო მაღალი სიჩქარე.

ერთ-ერთი მთავარი მიზეზი, რის გამოც მსოფლიოს 85 ქვეყანამ გააერთიანა ძალები ამ გიგანტური გაბედული ექსპერიმენტის შესაქმნელად და მართვისთვის, არის ფუნდამენტური ნაწილაკების მასის შექმნაზე პასუხისმგებელი მექანიზმის პოვნის სურვილი. მასის წარმოშობის ყველაზე გავრცელებული იდეა არის მისი კავშირი ზიგზაგებთან და აყალიბებს ახალ ფუნდამენტურ ნაწილაკს, რომელსაც სხვა ნაწილაკები სამყაროში გადაადგილებისას "ეჯახებიან". ეს ნაწილაკი არის ჰიგსის ბოზონი. სტანდარტული მოდელის მიხედვით, ჰიგსის ბოზონის გარეშე ფუნდამენტური ნაწილაკები ზიგზაგის გარეშე გადახტებოდნენ ადგილიდან ადგილზე და სამყარო ძალიან განსხვავებული იქნებოდა. მაგრამ თუ ცარიელ ადგილს ავივსებთ ჰიგსის ნაწილაკებით, მათ შეუძლიათ ნაწილაკების გადახვევა, რაც იწვევს მათ ზიგზაგს, რაც, როგორც უკვე დავადგინეთ, იწვევს „მასის“ გაჩენას. ეს ჰგავს ხალხმრავალ ბარში გავლას: გიბიძგებენ მარცხნიდან მარჯვნივ და პრაქტიკულად ზიგზაგით მიდიხარ ბარისკენ.

ჰიგსის მექანიზმმა მიიღო სახელი ედინბურგელი თეორეტიკოსის პიტერ ჰიგსისგან; ეს კონცეფცია დაინერგა ნაწილაკების ფიზიკაში 1964 წელს. იდეა აშკარად ჰაერში იყო, რადგან ის ერთდროულად რამდენიმე ადამიანმა გამოხატა: პირველ რიგში, რა თქმა უნდა, თავად ჰიგსი, ასევე რობერტ ბრაუტი და ფრანსუა ენგლერი, რომლებიც მუშაობდნენ ბრიუსელში, და ლონდონელები ჯერალდ გურალნიკი, კარლ. ჰეგანი და ტომ კიბლი. მათი ნამუშევარი, თავის მხრივ, ეფუძნებოდა მრავალი წინამორბედის ადრინდელ ნამუშევრებს, მათ შორის ვერნერ ჰაიზენბერგის, იოიჩირო ნამბუს, ჯეფრი გოლდსტონს, ფილიპ ანდერსონს და სტივენ ვაინბერგს. ამ იდეის სრული გაგება, რისთვისაც 1979 წელს შელდონ გლაშოუმ, აბდუს სალამმა და ვაინბერგმა მიიღეს ნობელის პრემია, სხვა არაფერია თუ არა ნაწილაკების ფიზიკის სტანდარტული მოდელი. იდეა თავისთავად საკმაოდ მარტივია: ცარიელი სივრცე რეალურად არ არის ცარიელი, რაც იწვევს ზიგზაგის მოძრაობას და მასის გამოჩენას. მაგრამ ჩვენ აშკარად ჯერ კიდევ ბევრი გვაქვს ასახსნელი. როგორ აღმოჩნდა, რომ ცარიელი სივრცე მოულოდნელად აივსო ჰიგსის ნაწილაკებით - განა ამას ადრე არ შევამჩნევდით? და როგორ წარმოიშვა ეს უცნაური მდგომარეობა? წინადადება მართლაც საკმაოდ ექსტრავაგანტული ჩანს. გარდა ამისა, ჩვენ არ ავუხსენით, რატომ არ აქვს ზოგიერთ ნაწილაკს (მაგალითად, ფოტონს) მასა, ხოლო ზოგს ( ვბოზონებს და ზედა კვარკებს) აქვთ ვერცხლის ან ოქროს ატომის მასის შედარება.

მეორე კითხვაზე პასუხის გაცემა უფრო ადვილია, ვიდრე პირველზე, ყოველ შემთხვევაში ერთი შეხედვით. ნაწილაკები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან მხოლოდ გაფანტვის წესის მიხედვით; ჰიგსის ნაწილაკები ამ მხრივ არაფრით განსხვავდება. ზედა კვარკის გაფანტვის წესი გულისხმობს მისი შერწყმის ალბათობას ჰიგსის ნაწილაკთან, ხოლო საათის ფორმის შესაბამისი შემცირება (გახსოვდეთ, რომ გაფანტვის ყველა წესის მიხედვით არის კლებადი ფაქტორი) გაცილებით ნაკლებად მნიშვნელოვანი იქნება ვიდრე სანთებელში. კვარკები. სწორედ ამიტომ არის ზედა კვარკი ბევრად უფრო მასიური ვიდრე ზედა კვარკი. თუმცა, ეს, რა თქმა უნდა, არ ხსნის, რატომ არის გაფანტვის წესი სწორედ ასეთი. AT თანამედროვე მეცნიერებაამ კითხვაზე პასუხი დამამშვიდებელია: „იმიტომ“. ეს კითხვა სხვების მსგავსია: "რატომ ნაწილაკების ზუსტად სამი თაობა?" და "რატომ არის გრავიტაცია ასე სუსტი?" ანალოგიურად, არ არსებობს ფოტონების გაფანტვის წესი, რომელიც მათ ჰიგსის ნაწილაკებთან დაწყვილების საშუალებას მისცემს და შედეგად, ისინი არ ურთიერთქმედებენ მათთან. ეს, თავის მხრივ, იწვევს იმ ფაქტს, რომ ისინი არ არიან ზიგზაგი და არ აქვთ მასა. მართალია, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ პასუხისმგებლობას გავთავისუფლდით, ეს მაინც რაღაც ახსნაა. და, რა თქმა უნდა, უსაფრთხოდ შეიძლება ითქვას, რომ თუ LHC-ს შეუძლია ჰიგსის ბოზონების აღმოჩენაში და დაადასტუროს, რომ ისინი მართლაც წყვილდებიან სხვა ნაწილაკებთან ამ გზით, მაშინ თამამად შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ჩვენ ვიპოვეთ საოცარი გზა იმის გასაგებად, თუ როგორ მუშაობს ბუნება.

ჩვენს პირველ კითხვაზე პასუხის გაცემა გარკვეულწილად რთულია. შეგახსენებთ, რომ ჩვენ გვაინტერესებდა: როგორ მოხდა, რომ ცარიელი სივრცე აივსო ჰიგსის ნაწილაკებით? გასათბობად, ვთქვათ ასე: კვანტური ფიზიკა ამბობს, რომ არ არსებობს ცარიელი სივრცე. რასაც ჩვენ ასე ვუწოდებთ არის სუბატომური ნაწილაკების ადუღებული მორევი, რომლისგან თავის დაღწევის გზა არ არსებობს. ამის გათვალისწინებით, ჩვენ უფრო კომფორტულად ვგრძნობთ აზრს, რომ ცარიელი სივრცე შეიძლება სავსე იყოს ჰიგსის ნაწილაკებით. მაგრამ პირველ რიგში.

წარმოიდგინეთ ვარსკვლავთშორისი სივრცის პატარა ნაჭერი, სამყაროს მარტოხელა კუთხე, უახლოესი გალაქტიკიდან მილიონობით სინათლის წლის მანძილზე. დროთა განმავლობაში აღმოჩნდება, რომ ნაწილაკები გამუდმებით ჩნდებიან არსაიდან და ქრება არსად. რატომ? ფაქტია, რომ წესები იძლევა ანტინაწილაკ-ნაწილაკების შექმნისა და განადგურების პროცესს. მაგალითი შეგიძლიათ იხილოთ ნახ. 10.5: წარმოიდგინეთ, რომ მასზე არაფერია, გარდა ელექტრონული მარყუჟისა. ახლა დიაგრამა შეესაბამება ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილის უეცარ გამოჩენას და შემდგომ გაქრობას. ვინაიდან მარყუჟის ნახაზი არ არღვევს კვანტური ელექტროდინამიკის არცერთ წესს, უნდა ვაღიაროთ, რომ ეს რეალური შესაძლებლობაა: გახსოვდეთ, რაც შეიძლება მოხდეს, ხდება. ეს კონკრეტული შესაძლებლობა არის მხოლოდ ერთ-ერთი უსასრულო რაოდენობის ვარიანტებიდან ცარიელი სივრცის მძლავრი სიცოცხლისთვის და რადგან ჩვენ ვცხოვრობთ კვანტურ სამყაროში, სწორია ყველა ამ ალბათობის შეჯამება. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ვაკუუმის სტრუქტურა წარმოუდგენლად მდიდარია და შედგება ყველა შესაძლო გზით, რომლითაც ნაწილაკები ჩნდება და ქრება.

ბოლო აბზაცში აღვნიშნეთ, რომ ვაკუუმი არც ისე ცარიელია, მაგრამ მისი არსებობის სურათი საკმაოდ დემოკრატიულად გამოიყურება: ყველა ელემენტარული ნაწილაკი თავის როლს ასრულებს. რა ხდის ჰიგსის ბოზონს ასე განსაკუთრებულს? თუ ვაკუუმი მხოლოდ ადუღებული ნიადაგი იქნებოდა ანტიმატერია-მატერიის წყვილების შექმნისა და განადგურებისთვის, მაშინ ყველა ელემენტარული ნაწილაკი გააგრძელებდა ნულოვანი მასის არსებობას: კვანტური მარყუჟები თავად არ წარმოქმნიან მასას. არა, თქვენ უნდა შეავსოთ ვაკუუმი სხვა რამით, და სწორედ აქ მოქმედებს ჰიგსის ნაწილაკების მთელი სატვირთო მანქანა. პიტერ ჰიგსმა უბრალოდ გამოთქვა ვარაუდი, რომ ცარიელი სივრცე სავსეა ნაწილაკებით, ისე, რომ არ სჭირდებოდა ღრმა ახსნა-განმარტება, თუ რატომ არის ეს ასე. ჰიგსის ნაწილაკები ვაკუუმში ქმნიან ზიგზაგის მექანიზმს და მუდმივად, მოსვენების გარეშე, ურთიერთქმედებენ სამყაროს ყველა მასიურ ნაწილაკთან, შერჩევით ანელებენ მათ მოძრაობას და ქმნიან მასას. ჩვეულებრივი მატერიისა და ჰიგსის ნაწილაკებით სავსე ვაკუუმს შორის ურთიერთქმედების საერთო შედეგია ის, რომ სამყარო უფორმოდან ხდება მრავალფეროვანი და ბრწყინვალე, დასახლებული ვარსკვლავებით, გალაქტიკებითა და ადამიანებით.

რა თქმა უნდა, არსებობს ახალი კითხვა: საიდან გაჩნდა ჰიგსის ბოზონები? პასუხი ჯერჯერობით უცნობია, მაგრამ ითვლება, რომ ეს არის ნაშთები ე.წ ფაზის გადასვლარაც დიდი აფეთქების შემდეგ მალევე მოხდა. თუ ზამთრის საღამოს საკმარისად დიდხანს უყურებთ ფანჯრის მინას, როცა ცივა, დაინახავთ ყინულის კრისტალების სტრუქტურირებულ სრულყოფილებას, თითქოს ჯადოსნურად გამოდის ღამის ჰაერის წყლის ორთქლიდან. ცივ მინაზე წყლის ორთქლიდან ყინულზე გადასვლა არის ფაზური გადასვლა, რადგან წყლის მოლეკულები ყინულის კრისტალებად გარდაიქმნება; ეს არის უფორმო ორთქლის ღრუბლის სიმეტრიის სპონტანური დარღვევა ტემპერატურის შემცირების გამო. ყინულის კრისტალები იქმნება, რადგან ის ენერგიულად ხელსაყრელია. როგორც ბურთი ეშვება მთიდან, რომ მიაღწიოს ქვედა ენერგეტიკულ მდგომარეობას, რადგან ელექტრონები ანაწილებენ თავს ატომის ბირთვების გარშემო და ქმნიან ობლიგაციებს, რომლებიც ატარებენ მოლეკულებს ერთმანეთთან, ასე რომ, ფიფქის დახვეწილი სილამაზე არის წყლის მოლეკულების უფრო დაბალი ენერგიის კონფიგურაცია, ვიდრე უფორმო. ორთქლის ღრუბელი.

ჩვენ გვჯერა, რომ მსგავსი რამ მოხდა სამყაროს ისტორიის დასაწყისში. ახალშობილი სამყარო თავდაპირველად გაზის ცხელი ნაწილაკები იყო, შემდეგ გაფართოვდა და გაცივდა და აღმოჩნდა, რომ ჰიგსის ბოზონების გარეშე ვაკუუმი ენერგიულად არახელსაყრელი აღმოჩნდა და ჰიგსის ნაწილაკებით სავსე ვაკუუმის მდგომარეობა ბუნებრივი გახდა. ეს პროცესი, ფაქტობრივად, ჰგავს წყლის კონდენსაციას ცივ მინაზე წვეთებად ან ყინულად. წყლის წვეთების სპონტანური წარმოქმნა ცივ მინაზე კონდენსაციისას ქმნის შთაბეჭდილებას, რომ ისინი უბრალოდ წარმოიქმნება "არასაიდან". ასეა ჰიგსის ბოზონებთან დაკავშირებით: დიდი აფეთქებისთანავე ცხელ ეტაპებზე ვაკუუმი ატყდა ხანმოკლე კვანტური რყევებით (ჩვენს ფეინმანის დიაგრამებში მარყუჟებით წარმოდგენილი): ნაწილაკები და ანტინაწილაკები არსად გაჩნდნენ და ისევ არსად გაქრნენ. მაგრამ შემდეგ, როდესაც სამყარო გაცივდა, მოხდა რაღაც რადიკალური: მოულოდნელად, არსაიდან, როგორც წყლის წვეთი მინაზე, გაჩნდა ჰიგსის ნაწილაკების „კონდენსატი“, რომლებიც თავდაპირველად ერთმანეთთან ურთიერთქმედების შედეგად გაერთიანდა. სუსპენზია, რომლის მეშვეობითაც სხვა ნაწილაკები მრავლდებოდა.

იდეა, რომ ვაკუუმი ივსება მასალებით, ვარაუდობს, რომ ჩვენ, ისევე როგორც ყველაფერი სამყაროში, ვცხოვრობთ გიგანტური კონდენსატის შიგნით, რომელიც შეიქმნა სამყაროს გაციებისას, როგორც დილის ნამი გამთენიისას. რომ არ ვიფიქროთ, რომ ვაკუუმმა შინაარსი მხოლოდ ჰიგსის ბოზონების კონდენსაციის შედეგად შეიძინა, აღვნიშნავთ, რომ ვაკუუმში მხოლოდ ისინი არ არიან. როდესაც სამყარო კიდევ უფრო გაცივდა, კვარკები და გლუონებიც კონდენსირებული იყო და გასაკვირი არ არის, რომ კვარკები და გლუონური კონდენსატები. ამ ორის არსებობა ექსპერიმენტულად კარგად არის დადასტურებული და ისინი ძალიან თამაშობენ მნიშვნელოვანი როლიძლიერი ბირთვული ძალის ჩვენს გაგებაში. ფაქტობრივად, სწორედ ამ კონდენსაციის წყალობით იყო უმეტესობაპროტონებისა და ნეიტრონების მასები. ამრიგად, ჰიგსის ვაკუუმმა საბოლოოდ შექმნა ელემენტარული ნაწილაკების მასები, რომლებსაც ჩვენ ვაკვირდებით - კვარკები, ელექტრონები, ტაუ, ვ- და ზ- ნაწილაკები. კვარკის კონდენსატი მოქმედებს, როდესაც საქმე ეხება იმის ახსნას, თუ რა ხდება, როდესაც მრავალი კვარკი გაერთიანდება პროტონსა და ნეიტრონზე. საინტერესოა, რომ ჰიგსის მექანიზმს შედარებით მცირე მნიშვნელობა აქვს პროტონების, ნეიტრონების და მძიმე ატომის ბირთვების მასების ასახსნელად, მასების ასახსნელად. ვ- და ზ- ნაწილაკები ძალიან მნიშვნელოვანია. მათთვის კვარკისა და გლუონის კონდენსატები ჰიგსის ნაწილაკების არარსებობის შემთხვევაში შექმნის დაახლოებით 1 გევ მასას, მაგრამ ამ ნაწილაკების ექსპერიმენტულად მიღებული მასები დაახლოებით 100-ჯერ მეტია. LHC შეიქმნა ენერგეტიკულ ზონაში მუშაობისთვის ვ- და ზ-ნაწილაკების გასარკვევად რომელი მექანიზმია პასუხისმგებელი მათ შედარებით დიდ მასაზე. რა მექანიზმია ეს - დიდი ხნის ნანატრი ჰიგსის ბოზონი თუ ის, რაც ვერავინ მოიფიქრებდა - მხოლოდ დრო და ნაწილაკების შეჯახება გამოჩნდება.

მოდით გავაზავოთ მსჯელობა რამდენიმე გასაოცარი რიცხვებით: კვარკებისა და გლუონების კონდენსაციის შედეგად ცარიელ სივრცეში 1 მ3 ენერგია არის წარმოუდგენელი 1035 ჯოული, ხოლო ჰიგსის ნაწილაკების კონდენსაციის შედეგად მიღებული ენერგია კიდევ 100-ჯერ მეტია. ისინი ერთად უტოლდება ენერგიის რაოდენობას, რომელსაც ჩვენი მზე აწარმოებს 1000 წელიწადში. უფრო სწორედ, ეს არის „უარყოფითი“ ენერგია, რადგან ვაკუუმი უფრო დაბალ ენერგეტიკულ მდგომარეობაშია ვიდრე სამყარო, რომელიც არ შეიცავს ნაწილაკებს. უარყოფითი ენერგია არის დამაკავშირებელი ენერგია, რომელიც თან ახლავს კონდენსატების წარმოქმნას და თავისთავად არ არის იდუმალი. ეს არ არის უფრო გასაკვირი, ვიდრე ის ფაქტი, რომ ენერგია სჭირდება წყლის ადუღებას (და შეცვალოს ფაზის გადასვლა ორთქლიდან სითხეში).

მაგრამ ჯერ კიდევ არსებობს საიდუმლო: ასეთი მაღალი უარყოფითი ენერგიის სიმკვრივე ყოველი კვადრატული მეტრი ცარიელი სივრცის რეალურად ისეთი განადგურება უნდა მოჰყვეს სამყაროს, რომ არც ვარსკვლავები და არც ადამიანები არ გამოჩნდნენ. სამყარო ფაქტიურად დაიშლებოდა დიდი აფეთქების შემდეგ რამდენიმე წუთში. ეს მოხდება, თუ ვაკუუმური კონდენსაციის პროგნოზები ნაწილაკების ფიზიკიდან ავიღებთ და პირდაპირ დავამატებთ აინშტაინის გრავიტაციულ განტოლებებს და გამოვიყენებთ მთელ სამყაროს. ეს საშინელი თავსატეხი ცნობილია როგორც კოსმოლოგიური მუდმივი პრობლემა. სინამდვილეში, ეს არის ფუნდამენტური ფიზიკის ერთ-ერთი ცენტრალური პრობლემა. ის გვახსენებს, რომ ძალიან ფრთხილად უნდა იყოთ ვაკუუმის და/ან გრავიტაციის ბუნების სრული გაგების პრეტენზიაში. სანამ არ გავიგებთ რაღაც ძალიან ფუნდამენტურს.

ამ წინადადებაზე ვასრულებთ მოთხრობას, რადგან მივაღწიეთ ჩვენი ცოდნის საზღვრებს. ცნობილის ზონა არ არის ის, რაზეც მკვლევარი მეცნიერი მუშაობს. კვანტურ თეორიას, როგორც წიგნის დასაწყისში ავღნიშნეთ, რთული და გულწრფელად უცნაურის რეპუტაცია აქვს, რადგან ის იძლევა მატერიალური ნაწილაკების თითქმის ნებისმიერი ქცევის საშუალებას. მაგრამ ყველაფერი, რაც ჩვენ აღვწერეთ, გარდა ამ ბოლო თავისა, ცნობილია და კარგად გასაგები. არა საღი აზრის, არამედ მტკიცებულებების გათვალისწინებით, მივედით თეორიამდე, რომელსაც შეუძლია აღწეროს უამრავი ფენომენი - ცხელი ატომების მიერ გამოსხივებული სხივებიდან ვარსკვლავებში ბირთვული შერწყმამდე. პრაქტიკული გამოყენებაამ თეორიამ გამოიწვია მე-20 საუკუნის ყველაზე მნიშვნელოვანი ტექნოლოგიური გარღვევა - ტრანზისტორის გამოჩენა და ამ მოწყობილობის მუშაობა სრულიად გაუგებარი იქნებოდა სამყაროსადმი კვანტური მიდგომის გარეშე.

მაგრამ კვანტური თეორია ბევრად მეტია, ვიდრე უბრალოდ ახსნის ტრიუმფი. კვანტურ თეორიასა და ფარდობითობას შორის იძულებითი ქორწინების შედეგად წარმოიშვა ანტიმატერია თეორიულ აუცილებლობად, რაც რეალურად ამის შემდეგ იქნა აღმოჩენილი. სპინი, სუბატომური ნაწილაკების ფუნდამენტური თვისება, რომელიც საფუძვლად უდევს ატომების სტაბილურობას, ასევე თავდაპირველად იყო თეორიული პროგნოზი, რომელიც საჭირო იყო თეორიის სტაბილურობისთვის. ახლა კი, მეორე კვანტურ საუკუნეში, დიდი ადრონული კოლაიდერი მიდის უცნობში, რათა გამოიკვლიოს თავად ვაკუუმი. ეს არის მეცნიერული პროგრესი: ახსნა-განმარტებებისა და პროგნოზების მუდმივი და ფრთხილად შექმნა, რომელიც საბოლოოდ ცვლის ჩვენს ცხოვრებას. ეს არის ის, რაც განასხვავებს მეცნიერებას ყველაფრისგან. მეცნიერება არ არის უბრალოდ განსხვავებული თვალსაზრისი, ის ასახავს რეალობას, რომლის წარმოდგენაც კი ძნელი იქნებოდა ყველაზე დახვეწილი და ირეალური წარმოსახვითაც კი. მეცნიერება რეალობის შესწავლაა და თუ რეალობა სიურეალისტურია, მაშინ ის არის. კვანტური თეორია ძალაუფლების საუკეთესო მაგალითია მეცნიერული მეთოდი. ვერავინ მოიფიქრებდა მას ყველაზე ფრთხილი და დეტალური ექსპერიმენტების გარეშე და თეორიულმა ფიზიკოსებმა, რომლებმაც ის შექმნეს, შეძლეს განეშორებინათ თავიანთი ღრმა კომფორტული იდეები სამყაროს შესახებ, რათა აეხსნათ მათ წინაშე არსებული მტკიცებულებები. შესაძლოა, ვაკუუმის ენერგიის საიდუმლო არის მოწოდება ახალი კვანტური მოგზაურობისკენ; შესაძლოა LHC მოგაწოდოთ ახალი და აუხსნელი მონაცემები; შესაძლოა ყველაფერი, რაც ამ წიგნშია, აღმოჩნდეს მხოლოდ უფრო ღრმა სურათის მიახლოება - გასაოცარი მოგზაურობა ჩვენი კვანტური სამყაროს გასაგებად გრძელდება.

როცა მხოლოდ ამ წიგნზე ვფიქრობდით, ცოტა ხანი ვკამათობდით, როგორ დასრულებულიყო. მინდოდა მეპოვა კვანტური თეორიის ინტელექტუალური და პრაქტიკული ძალის ანარეკლი, რომელიც დაარწმუნებდა ყველაზე სკეპტიკურად განწყობილ მკითხველსაც კი, რომ მეცნიერება მართლაც ასახავს იმას, რაც მსოფლიოში ხდება ყველა დეტალში. ჩვენ ორივე შევთანხმდით, რომ ასეთი ასახვა არსებობს, თუმცა ის მოითხოვს ალგებრის გარკვეულ გაგებას. ჩვენ ყველანაირად ვცდილობდით მსჯელობას განტოლებების გულდასმით გათვალისწინების გარეშე, მაგრამ ამის თავიდან აცილების გზა აქ არ არის, ამიტომ გაფრთხილებას მაინც ვაძლევთ. ასე რომ, ჩვენი წიგნი აქ მთავრდება, მაშინაც კი, თუ გინდოდათ მეტი გქონდეთ. ეპილოგში - ყველაზე დამაჯერებელი, ჩვენი აზრით, კვანტური თეორიის ძალის დემონსტრირება. წარმატებებს გისურვებთ - და გისურვებთ კარგ მოგზაურობას.

ეპილოგი: ვარსკვლავების სიკვდილი

როდესაც ისინი იღუპებიან, ბევრი ვარსკვლავი მთავრდება, როგორც ბირთვული მატერიის სუპერმკვრივი ბურთები, რომლებიც გადახლართულია მრავალ ელექტრონთან. ეს არის ეგრეთ წოდებული თეთრი ჯუჯები. ეს იქნება ჩვენი მზის ბედი, როდესაც მას ამოიწურება ბირთვული საწვავი დაახლოებით 5 მილიარდ წელიწადში და ჩვენი გალაქტიკის ვარსკვლავების 95%-ზე მეტის ბედი. მხოლოდ კალმის, ქაღალდის და ცოტა თავის გამოყენებით შეგიძლიათ გამოთვალოთ ასეთი ვარსკვლავების ყველაზე დიდი შესაძლო მასა. ეს გამოთვლები, რომელიც პირველად 1930 წელს განხორციელდა სუბრამანიან ჩანდრასეკარის მიერ, კვანტური თეორიისა და ფარდობითობის გამოყენებით, ორი მკაფიო წინასწარმეტყველება გააკეთა. ჯერ ერთი, ეს იყო თვით თეთრი ჯუჯების არსებობის წინასწარმეტყველება - მატერიის ბურთები, რომლებიც პაულის პრინციპის მიხედვით, განადგურებას იხსნის საკუთარი მიზიდულობის ძალით. მეორეც, თუ გადავხედავთ ქაღალდის ნაჭერს ყველანაირი თეორიული ჩანაწერებით და ღამის ცას შევხედავთ, არასოდესჩვენ ვერ დავინახავთ თეთრ ჯუჯას, რომლის მასა 1,4-ჯერ აღემატება ჩვენს მზეს. ორივე ეს ვარაუდი წარმოუდგენლად თამამია.

დღეს ასტრონომებმა უკვე დაასახელეს დაახლოებით 10000 თეთრი ჯუჯა. მათ უმეტესობას აქვს დაახლოებით 0,6 მზის მასის მასა და ყველაზე დიდია დაფიქსირებული ცოტა ნაკლები 1.4 მზის მასა. ეს რიცხვი, 1.4, მეცნიერული მეთოდის ტრიუმფის მტკიცებულებაა. ის ემყარება ბირთვული ფიზიკის, კვანტური ფიზიკის და აინშტაინის ფარდობითობის სპეციალურ თეორიას - მე-20 საუკუნის ფიზიკის სამ საყრდენს. მის გამოთვლას ასევე სჭირდება ბუნების ფუნდამენტური მუდმივები, რომლებიც უკვე შეგვხვდა ამ წიგნში. ეპილოგის ბოლოს გავიგებთ, რომ მაქსიმალური მასა განისაზღვრება თანაფარდობით

დააკვირდით რა დავწერეთ: შედეგი დამოკიდებულია პლანკის მუდმივზე, სინათლის სიჩქარეზე, ნიუტონის გრავიტაციულ მუდმივზე და პროტონის მასაზე. გასაოცარია, რომ ჩვენ შეგვიძლია ვიწინასწარმეტყველოთ მომაკვდავი ვარსკვლავის უდიდესი მასა ფუნდამენტური მუდმივების კომბინაციის გამოყენებით. განტოლებაში გამოჩენილი გრავიტაციის, ფარდობითობის და მოქმედების კვანტის სამმხრივი კომბინაცია ( hc/G)½, ეწოდება პლანკის მასას და რიცხვების ჩანაცვლებისას გამოდის, რომ ის უდრის დაახლოებით 55 მკგ-ს, ანუ ქვიშის მარცვლის მასას. ამიტომ, უცნაურად საკმარისია, რომ ჩანდრასეხარის ზღვარი გამოითვლება ორი მასის გამოყენებით - ქვიშის მარცვალი და პროტონი. ასეთი უმნიშვნელო რაოდენობით იქმნება სამყაროს მასის ახალი ფუნდამენტური ერთეული - მომაკვდავი ვარსკვლავის მასა. ჩვენ შეგვიძლია ვრცლად გავაგრძელოთ იმის ახსნა, თუ როგორ მიიღება ჩანდრასეხარის ლიმიტი, მაგრამ ამის ნაცვლად ჩვენ ცოტა შორს წავალთ: ჩვენ აღვწერთ რეალურ გამოთვლებს, რადგან ისინი პროცესის ყველაზე დამაინტრიგებელი ნაწილია. ჩვენ არ მივიღებთ ზუსტ შედეგს (1,4 მზის მასა), მაგრამ მივუახლოვდებით მას და ვნახავთ, თუ როგორ აკეთებენ პროფესიონალი ფიზიკოსები ღრმა დასკვნებს საგულდაგულოდ გააზრებული ლოგიკური სვლების თანმიმდევრობით, მუდმივად მიმართავენ კარგად ცნობილ ფიზიკურ პრინციპებს. არავითარ შემთხვევაში არ მოგიწევთ ჩვენი სიტყვის შესრულება. სიმშვიდის შენარჩუნებით, ნელ-ნელა და განუწყვეტლივ მივუახლოვდებით საკმაოდ გასაოცარ დასკვნებს.

დავიწყოთ კითხვით: რა არის ვარსკვლავი? თითქმის დარწმუნებულია, რომ ხილული სამყარო შედგება წყალბადისა და ჰელიუმისგან, ორი უმარტივესი ელემენტისგან, რომელიც ჩამოყალიბდა დიდი აფეთქების შემდეგ პირველ რამდენიმე წუთში. დაახლოებით ნახევარი მილიარდი წლის გაფართოების შემდეგ, სამყარო საკმარისად გაცივდა, რომ გაზის ღრუბლებში უფრო მკვრივი რეგიონები იწყებენ გაერთიანებას საკუთარი გრავიტაციის ქვეშ. ეს გალაქტიკების პირველი რუდიმენტები იყო და მათ შიგნით, უფრო პატარა „სიმსივნეების“ ირგვლივ, პირველი ვარსკვლავები იწყეს ფორმირება.

ამ პროტოტიპის ვარსკვლავებში გაზი უფრო გაცხელდა, როდესაც ისინი დაინგრა, როგორც ყველამ იცის ველოსიპედის ტუმბოს მქონემ: გაზი თბება შეკუმშვისას. როდესაც გაზი დაახლოებით 100 000℃ ტემპერატურას მიაღწევს, ელექტრონები ვეღარ იკავებენ ორბიტებს წყალბადისა და ჰელიუმის ბირთვების გარშემო და ატომები იშლება ბირთვებისა და ელექტრონებისგან შემდგარ ცხელ პლაზმაში. ცხელი გაზი ცდილობს გაფართოებას, წინააღმდეგობას უწევს შემდგომ კოლაფსს, მაგრამ საკმარისი მასით, გრავიტაცია იკავებს.

ვინაიდან პროტონებს აქვთ დადებითი ელექტრული მუხტი, ისინი მოგერიებენ ერთმანეთს. მაგრამ გრავიტაციული კოლაფსი სულ უფრო და უფრო მატულობს, ტემპერატურა აგრძელებს მატებას და პროტონები უფრო და უფრო სწრაფად იწყებენ მოძრაობას. დროთა განმავლობაში, რამდენიმე მილიონი გრადუსის ტემპერატურაზე, პროტონები იმოძრავებენ რაც შეიძლება სწრაფად და უახლოვდებიან ერთმანეთს ისე, რომ სუსტი ბირთვული ძალა ჭარბობს. როდესაც ეს მოხდება, ორ პროტონს შეუძლია ერთმანეთთან რეაგირება: ერთი მათგანი სპონტანურად ხდება ნეიტრონი, ერთდროულად ასხივებს პოზიტრონს და ნეიტრინოს (ზუსტად როგორც ნაჩვენებია ნახ. 11.3). ელექტრული მოგერიების ძალისგან გათავისუფლებული პროტონი და ნეიტრონი ერწყმის ძლიერი ბირთვული ურთიერთქმედების შედეგად და წარმოქმნის დეიტრონს. ეს ათავისუფლებს უზარმაზარ ენერგიას, რადგან წყალბადის მოლეკულის წარმოქმნის მსგავსად, რაღაცის ერთმანეთთან შეკავშირება გამოყოფს ენერგიას.

ერთი პროტონის შერწყმა ათავისუფლებს ძალიან მცირე ენერგიას ყოველდღიური სტანდარტების მიხედვით. ერთი მილიონი წყვილი პროტონი ერწყმის ერთმანეთს და წარმოქმნის ენერგიას, რომელიც ტოლია ფრენისას კოღოს კინეტიკურ ენერგიას, ან ნანოწამში 100 ვატიანი ნათურის ენერგიას. მაგრამ ატომური მასშტაბით, ეს გიგანტური რაოდენობაა; ასევე გახსოვდეთ, რომ ჩვენ ვსაუბრობთ გაზის ღრუბლის მკვრივ ბირთვზე, რომელშიც პროტონების რაოდენობა 1 სმ³-ზე 1026-ს აღწევს. თუ კუბურ სანტიმეტრში ყველა პროტონი შეერწყმება დეიტრონებს, გამოიყოფა 10¹3 ჯოული ენერგია - საკმარისია. პატარა ქალაქის წლიური მოთხოვნილებების დასაკმაყოფილებლად.

ორი პროტონის შერწყმა დეიტერონში არის ყველაზე აღვირახსნილი შერწყმის დასაწყისი. თავად ეს დეიტრონი ცდილობს მესამე პროტონთან შერწყმას, ჰელიუმის უფრო მსუბუქ იზოტოპს (ჰელიუმ-3) და ასხივებს ფოტონს, შემდეგ კი ეს ჰელიუმის ბირთვები წყვილდება და ერწყმის ჩვეულებრივ ჰელიუმს (ჰელიუმ-4) ორი პროტონის ემისიით. . სინთეზის თითოეულ ეტაპზე სულ უფრო მეტი ენერგია გამოიყოფა. გარდა ამისა, პოზიტრონი, რომელიც გაჩნდა გარდაქმნების ჯაჭვის დასაწყისში, ასევე სწრაფად ერწყმის ელექტრონს მიმდებარე პლაზმაში და ქმნის ფოტონების წყვილს. მთელი ეს გამოთავისუფლებული ენერგია გადადის ფოტონების, ელექტრონების და ბირთვების ცხელ გაზში, რომელიც ეწინააღმდეგება მატერიის შეკუმშვას და აჩერებს გრავიტაციულ კოლაფსს. ასეთია ვარსკვლავი: ბირთვული შერწყმა წვავს ბირთვულ საწვავს შიგნით, ქმნის გარე წნევას, რომელიც ასტაბილურებს ვარსკვლავს და ხელს უშლის გრავიტაციული კოლაფსის წარმოქმნას.

რა თქმა უნდა, როგორც კი წყალბადის საწვავი ამოიწურება, რადგან მისი რაოდენობა სასრულია. თუ ენერგია აღარ გამოთავისუფლდება, გარე წნევა ჩერდება, გრავიტაცია ისევ თავის ადგილზე მოდის და ვარსკვლავი განაახლებს დაგვიანებულ კოლაფსს. თუ ვარსკვლავი საკმარისად მასიურია, მისი ბირთვი შეიძლება გაცხელდეს დაახლოებით 100 000 000 გრადუსამდე. ამ ეტაპზე ჰელიუმი - წვის წყალბადის ქვეპროდუქტი - აალდება და იწყებს მის შერწყმას, წარმოქმნის ნახშირბადს და ჟანგბადს და გრავიტაციული კოლაფსი ისევ ჩერდება.

მაგრამ რა მოხდება, თუ ვარსკვლავი არ არის საკმარისად მასიური, რომ დაიწყოს ჰელიუმის შერწყმა? ვარსკვლავებთან, რომლებიც ჩვენი მზის მასის ნახევარზე ნაკლებია, რაღაც ძალიან გასაკვირი ხდება. როდესაც ვარსკვლავი იკუმშება, ის თბება, მაგრამ სანამ ბირთვი 100 000 000 გრადუსს მიაღწევს, რაღაც აჩერებს კოლაფსს. ეს არის ელექტრონების წნევა, რომელიც პატივს სცემს პაულის პრინციპს. როგორც უკვე ვიცით, პაულის პრინციპი სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია იმის გასაგებად, თუ როგორ რჩებიან ატომები სტაბილური. ის ემყარება მატერიის თვისებებს. და აქ არის მისი კიდევ ერთი უპირატესობა: ის ხსნის კომპაქტური ვარსკვლავების არსებობას, რომლებიც განაგრძობენ არსებობას, თუმცა მათ უკვე დამუშავებული აქვთ მთელი ბირთვული საწვავი. Როგორ მუშაობს?

როდესაც ვარსკვლავი იკუმშება, მასში არსებული ელექტრონები იწყებენ უფრო მცირე მოცულობის დაკავებას. ჩვენ შეგვიძლია წარმოვადგინოთ ვარსკვლავის ელექტრონი მისი იმპულსით გვრითაც მას უკავშირებენ დე ბროლის ტალღის სიგრძეს, სთ/პ. შეგახსენებთ, რომ ნაწილაკი შეიძლება აღიწეროს მხოლოდ ტალღის პაკეტით, რომელიც მინიმუმ ისეთივე დიდია, როგორც მასთან დაკავშირებული ტალღის სიგრძე. ეს ნიშნავს, რომ თუ ვარსკვლავი საკმარისად მკვრივია, მაშინ ელექტრონები ერთმანეთს უნდა გადაფარონ, ანუ ისინი არ შეიძლება ჩაითვალოს აღწერილად იზოლირებული ტალღის პაკეტებით. ეს, თავის მხრივ, ნიშნავს, რომ კვანტური მექანიკის ეფექტი, კერძოდ პაულის პრინციპი, მნიშვნელოვანია ელექტრონების აღწერისთვის. ელექტრონები კონდენსირდება მანამ, სანამ ორი ელექტრონი არ დაიწყებენ პრეტენზიას, რომ დაიკავონ იგივე პოზიცია და პაულის პრინციპი ამბობს, რომ ელექტრონებს ამის გაკეთება არ შეუძლიათ. ამრიგად, მომაკვდავ ვარსკვლავშიც კი ელექტრონები ერთმანეთს ერიდებიან, რაც ხელს უწყობს შემდგომი გრავიტაციული კოლაფსისგან თავის დაღწევას.

ასეთია მსუბუქი ვარსკვლავების ბედი. და რა დაემართება მზეს და მსგავსი მასის სხვა ვარსკვლავებს? ჩვენ დავტოვეთ ისინი რამდენიმე აბზაცის წინ, როდესაც ვწვავთ ჰელიუმს ნახშირბადად და წყალბადად. რა მოხდება, როდესაც ჰელიუმიც ამოიწურება? მათაც მოუწევთ შეკუმშვა დაიწყონ საკუთარი გრავიტაციის მოქმედებით, ანუ ელექტრონები შედედდებიან. და პაულის პრინციპი, როგორც მსუბუქი ვარსკვლავების შემთხვევაში, საბოლოოდ შემოვა და შეაჩერებს კოლაფსს. მაგრამ ყველაზე მასიური ვარსკვლავებისთვის პაულის პრინციპიც კი არ არის ყოვლისშემძლე. როდესაც ვარსკვლავი იკუმშება და ელექტრონები კონდენსირდება, ბირთვი თბება და ელექტრონები უფრო და უფრო სწრაფად იწყებენ მოძრაობას. საკმარისად მძიმე ვარსკვლავებში ელექტრონები უახლოვდებიან სინათლის სიჩქარეს, რის შემდეგაც რაღაც ახალი ხდება. როდესაც ელექტრონები იწყებენ მოძრაობას ასეთი სიჩქარით, მცირდება წნევა, რომელსაც ელექტრონები ავითარებენ გრავიტაციისთვის წინააღმდეგობის გაწევის მიზნით, და ისინი ვეღარ ახერხებენ ამ პრობლემის გადაჭრას. ისინი უბრალოდ ვეღარ ებრძვიან გრავიტაციას და აჩერებენ კოლაფსს. ჩვენი ამოცანაა ამ თავში გამოვთვალოთ როდის მოხდება ეს და ჩვენ უკვე განვიხილეთ ყველაზე საინტერესო. თუ ვარსკვლავის მასა მზის მასაზე 1,4-ჯერ ან მეტია, ელექტრონები დამარცხებულია და გრავიტაცია იმარჯვებს.

ასე მთავრდება მიმოხილვა, რომელიც იქნება ჩვენი გამოთვლების საფუძველი. ახლა ჩვენ შეგვიძლია გადავიდეთ, დავივიწყოთ ბირთვული შერწყმა, რადგან ანთებული ვარსკვლავები ჩვენი ინტერესების ფარგლებს მიღმაა. ჩვენ შევეცდებით გავიგოთ რა ხდება მკვდარი ვარსკვლავების შიგნით. ჩვენ შევეცდებით გავიგოთ, როგორ აბალანსებს შედედებული ელექტრონების კვანტური წნევა მიზიდულობის ძალას და როგორ მცირდება ეს წნევა, თუ ელექტრონები ძალიან სწრაფად მოძრაობენ. ამრიგად, ჩვენი კვლევის არსი არის დაპირისპირება გრავიტაციასა და კვანტურ წნევას შორის.

მიუხედავად იმისა, რომ ეს ყველაფერი არც ისე მნიშვნელოვანია შემდგომი გამოთვლებისთვის, ჩვენ არ შეგვიძლია ყველაფრის დამოუკიდებლად დატოვება. საინტერესო ადგილი. როდესაც მასიური ვარსკვლავი იშლება, მას ორი სცენარი რჩება. თუ ის ძალიან მძიმე არ არის, მაშინ ის გააგრძელებს პროტონებისა და ელექტრონების შეკუმშვას, სანამ ისინი ნეიტრონად არ სინთეზირდება. ამრიგად, ერთი პროტონი და ერთი ელექტრონი სპონტანურად გარდაიქმნება ნეიტრონად ნეიტრინოს ემისიით, კვლავ სუსტი ბირთვული ძალის გამო. ანალოგიურად, ვარსკვლავი განუყრელად იქცევა პატარა ნეიტრონულ ბურთად. რუსი ფიზიკოსის ლევ ლანდაუს თქმით, ვარსკვლავი ხდება „ერთი გიგანტური ბირთვი“. ლანდაუმ ეს დაწერა თავის 1932 წელს ნაშრომში ვარსკვლავების თეორიაზე, რომელიც დაიბეჭდა იმავე თვეში, როდესაც ჯეიმს ჩადვიკმა აღმოაჩინა ნეიტრონი. ალბათ ზედმეტად გაბედული იქნება იმის თქმა, რომ ლანდაუმ იწინასწარმეტყველა ნეიტრონული ვარსკვლავების არსებობა, მაგრამ მან რა თქმა უნდა იწინასწარმეტყველა მსგავსი რამ და დიდი წინდახედულობით. ალბათ, უპირატესობა უნდა მიენიჭოს უოლტერ ბაადეს და ფრიც ცვიკის, რომლებმაც 1933 წელს წერდნენ: „ჩვენ გვაქვს ყველა საფუძველი ვიფიქროთ, რომ სუპერნოვა წარმოადგენს გადასვლას ჩვეულებრივი ვარსკვლავებიდან ნეიტრონულ ვარსკვლავებზე, რომლებიც არსებობის ბოლო ეტაპზე შედგება უკიდურესად მჭიდროდ შეფუთული ნეიტრონებისგან. ."

ეს იდეა იმდენად სასაცილო ჩანდა, რომ მისი პაროდია მოხდა Los Angeles Times-ში (იხ. სურათი 12.1) და ნეიტრონული ვარსკვლავები თეორიულ ცნობისმოყვარეობად რჩებოდნენ 1960-იანი წლების შუა პერიოდამდე.

1965 წელს ენტონი ჰიუიშმა და სამუელ ოკოიმ იპოვეს "მტკიცებულება მაღალი ტემპერატურის რადიოსინათლის უჩვეულო წყაროს შესახებ კრაბის ნისლეულში", თუმცა მათ ვერ შეძლეს წყაროს იდენტიფიცირება, როგორც ნეიტრონული ვარსკვლავი. იდენტიფიკაცია მოხდა 1967 წელს იოსიფ შკლოვსკის წყალობით და მალე, უფრო დეტალური კვლევის შემდეგ, ჯოსელინ ბელისა და იგივე ჰიუშის წყალობით. სამყაროს ერთ-ერთი ყველაზე ეგზოტიკური ობიექტის პირველ მაგალითს ჰავიშის პულსარი - ოკოიე ჰქვია. საინტერესოა, რომ იგივე სუპერნოვა, რომელმაც წარმოქმნა Hewish-Okoye პულსარი, ასტრონომებმა ნახეს 1000 წლით ადრე. 1054 წლის დიდი სუპერნოვა, ყველაზე კაშკაშა ჩაწერილი ისტორიაში, დააკვირდნენ ჩინელმა ასტრონომებმა და, როგორც ცნობილია კლდის ხელოვნებიდან, სამხრეთ-დასავლეთ შეერთებული შტატების ჩაკოს კანიონის მცხოვრებლებმა.

ჩვენ ჯერ არ გვისაუბრია იმაზე, თუ როგორ ახერხებენ ეს ნეიტრონები გრავიტაციას წინააღმდეგობის გაწევა და შემდგომი კოლაფსის თავიდან აცილება, მაგრამ, ალბათ, თქვენ თვითონ მიხვდებით, რატომ ხდება ეს. ნეიტრონები (ელექტრონების მსგავსად) პაულის პრინციპის მონები არიან. მათ ასევე შეუძლიათ შეაჩერონ კოლაფსი და ნეიტრონული ვარსკვლავები, თეთრი ჯუჯების მსგავსად, ვარსკვლავის სიცოცხლის დასასრულის ერთ-ერთი ვარიანტია. ნეიტრონული ვარსკვლავები, ფაქტობრივად, ჩვენი ისტორიიდან გადახვევაა, მაგრამ ჩვენ არ შეგვიძლია არ აღვნიშნოთ, რომ ისინი ძალიან განსაკუთრებული ობიექტებია ჩვენს ბრწყინვალე სამყაროში: ისინი ქალაქის ზომის ვარსკვლავები არიან, იმდენად მკვრივი, რომ მათი მასალის ერთი ჩაის კოვზი იწონის დედამიწას. მთა და არა ისინი იშლება მხოლოდ ერთიდაიგივე დატრიალებული ნაწილაკების ერთმანეთის მიმართ ბუნებრივი „მტრობის“ გამო.

სამყაროს ყველაზე მასიური ვარსკვლავებისთვის მხოლოდ ერთი შესაძლებლობა არსებობს. ამ ვარსკვლავებში ნეიტრონებიც კი მოძრაობენ სინათლის სიჩქარესთან ახლოს სიჩქარით. ასეთ ვარსკვლავებს კატასტროფა ემუქრებათ, რადგან ნეიტრონებს არ შეუძლიათ შექმნან საკმარისი წნევა გრავიტაციისთვის წინააღმდეგობის გაწევისთვის. სანამ არ გახდება ცნობილი ფიზიკური მექანიზმი, რომელიც ხელს უშლის ვარსკვლავის ბირთვს, რომელსაც მზის მასა სამჯერ აღემატება, თავის თავზე დაეცემა და შედეგი იქნება შავი ხვრელი: ადგილი, სადაც ფიზიკის ყველა კანონი ჩვენთვის ცნობილია. გაუქმებულია. ვარაუდობენ, რომ ბუნების კანონები ჯერ კიდევ აგრძელებენ მოქმედებას, მაგრამ შავი ხვრელის შინაგანი მოქმედების სრულად გასაგებად საჭიროა გრავიტაციის კვანტური თეორია, რომელიც ჯერ არ არსებობს.

თუმცა, დროა დავუბრუნდეთ საქმის არსს და ფოკუსირება მოახდინოთ ჩვენს ორმაგ მიზანზე - დავამტკიცოთ თეთრი ჯუჯების არსებობა და გამოვთვალოთ ჩანდრასეხარის ლიმიტი. ჩვენ ვიცით, რა უნდა გავაკეთოთ: აუცილებელია ელექტრონების გრავიტაციისა და წნევის დაბალანსება. ასეთი გამოთვლები გონებაში შეუძლებელია, ამიტომ ღირს სამოქმედო გეგმის შედგენა. ასე რომ, აქ არის გეგმა; ეს საკმაოდ გრძელია, რადგან ჩვენ გვსურს ჯერ რამდენიმე მცირე დეტალის გარკვევა და რეალური გამოთვლების საფუძველი.

Ნაბიჯი 1: უნდა განვსაზღვროთ რა წნევაა ვარსკვლავის შიგნით, რომელსაც ახორციელებს მაღალ შეკუმშული ელექტრონები. შეიძლება გაინტერესებთ, რატომ არ ვაქცევთ ყურადღებას ვარსკვლავის შიგნით არსებულ სხვა ნაწილაკებს: რაც შეეხება ბირთვებს და ფოტონებს? ფოტონები არ ემორჩილებიან პაულის პრინციპს, ამიტომ დროთა განმავლობაში ისინი მაინც დატოვებენ ვარსკვლავს. გრავიტაციასთან ბრძოლაში ისინი არ არიან დამხმარეები. რაც შეეხება ბირთვებს, ნახევრად მთელი რიცხვის სპინიანი ბირთვები ემორჩილებიან პაულის პრინციპს, მაგრამ (როგორც დავინახავთ) იმის გამო, რომ მათ აქვთ მეტი მასა, ისინი ახორციელებენ ნაკლებ წნევას, ვიდრე ელექტრონები და მათი წვლილი გრავიტაციასთან ბრძოლაში უსაფრთხოდ შეიძლება იგნორირებული იყოს. ეს მნიშვნელოვნად ამარტივებს ამოცანას: ჩვენ მხოლოდ ელექტრონის წნევა გვჭირდება. ამაზე დავმშვიდდეთ.

ნაბიჯი 2: ელექტრონების წნევის გამოთვლის შემდეგ, ჩვენ უნდა გავუმკლავდეთ წონასწორობის საკითხებს. შეიძლება გაუგებარი იყოს რა უნდა გააკეთოს შემდეგ. ერთია იმის თქმა, რომ „გრავიტაცია უბიძგებს და ელექტრონები ეწინააღმდეგებიან ამ წნევას“, სულ სხვაა რიცხვებთან მუშაობა. ვარსკვლავის შიგნით წნევა იქნება განსხვავებული: ის უფრო დიდი იქნება ცენტრში და ნაკლები ზედაპირზე. ძალიან მნიშვნელოვანია წნევის ვარდნის არსებობა. წარმოიდგინეთ ვარსკვლავური მატერიის კუბი, რომელიც მდებარეობს სადღაც ვარსკვლავის შიგნით, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 12.2. გრავიტაცია უბიძგებს კუბს ვარსკვლავის ცენტრისკენ და ჩვენ უნდა გავარკვიოთ, როგორ დაუპირისპირდება ელექტრონის წნევა ამას. აირში ელექტრონების წნევა ახდენს გავლენას კუბის ექვს სახეზე თითოეულზე და ეს ეფექტი ტოლი იქნება სახეზე ზეწოლის გამრავლებული ამ სახის ფართობზე. ეს განცხადება ზუსტია. მანამდე ჩვენ ვიყენებდით სიტყვას „წნევა“, იმ ვარაუდით, რომ გვაქვს გონივრული ინტუიციური გაგება, რომ მაღალი წნევის დროს გაზი უფრო მეტად „აწნეხავს“, ვიდრე დაბალ წნევაზე. სინამდვილეში, ეს ცნობილია ყველასთვის, ვინც ოდესმე ააფეთქეს მანქანის საბურავი ტუმბოთი.

ბრინჯი. 12.2. პატარა კუბი სადღაც ვარსკვლავის შუაში. ისრები აჩვენებს კუბზე მოქმედ ძალას ვარსკვლავის ელექტრონებიდან

იმის გამო, რომ ჩვენ სწორად უნდა გავიგოთ ზეწოლის ბუნება, მოდით მოკლედ შევეხოთ უფრო ნაცნობ ტერიტორიას. ავიღოთ საბურავის მაგალითი. ფიზიკოსი იტყვის, რომ საბურავი გაფუჭდა, რადგან არ არის საკმარისი შიდა ჰაერის წნევა საბურავის დეფორმაციის გარეშე მანქანის წონის შესანარჩუნებლად, რის გამოც ჩვენ ფიზიკოსებს ვაფასებთ. ჩვენ შეგვიძლია გასცდეთ ამას და გამოვთვალოთ რა წნევა უნდა იყოს 1500 კგ მასის მანქანისთვის, თუ საბურავის 5 სმ მუდმივად უნდა შეინარჩუნოს კონტაქტი ზედაპირთან, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 12.3: ისევ დაფის, ცარცის და ნაჭრის დროა.

თუ საბურავის სიგანე 20 სმ და გზის კონტაქტის სიგრძეა 5 სმ, მაშინ საბურავის ზედაპირი მიწასთან უშუალო შეხებაში იქნება 20 × 5 = 100 სმ³. ჩვენ ჯერ არ ვიცით საბურავების საჭირო წნევა - უნდა გამოვთვალოთ, ასე რომ ავღნიშნოთ სიმბოლოთი რ. ჩვენ ასევე უნდა ვიცოდეთ საბურავში არსებული ჰაერის მიერ გზაზე განხორციელებული ძალა. ის უდრის წნევას გამრავლებული საბურავის ფართობზე, რომელიც შეხებაშია გზასთან, ე.ი. პ× 100 სმ². ეს უნდა გავამრავლოთ 4-ზე, რადგან ცნობილია, რომ მანქანას ოთხი საბურავი აქვს: პ× 400 სმ². ეს არის ჰაერის მთლიანი ძალა გზის ზედაპირზე მოქმედ საბურავებში. წარმოიდგინეთ ასე: საბურავის შიგნით არსებული ჰაერის მოლეკულა მიწაზე იშლება (უფრო ზუსტად რომ ვთქვათ, საბურავის რეზინას ეხეთქებიან მიწასთან შეხებაში, მაგრამ ეს არც ისე მნიშვნელოვანია).

დედამიწა, როგორც წესი, არ იშლება, ანუ რეაგირებს თანაბარი, მაგრამ საპირისპირო ძალით (ჰურია, ბოლოს და ბოლოს ნიუტონის მესამე კანონი დაგვჭირდა). მანქანას აწევს დედამიწა და დაბლა წევს გრავიტაციით და რადგან ის მიწაში არ ვარდება და ჰაერში არ აფრინდება, ჩვენ გვესმის, რომ ეს ორი ძალა უნდა დააბალანსოს ერთმანეთს. ამრიგად, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ ძალა პ× 400 სმ² დაბალანსებულია გრავიტაციის ქვევით ძალით. ეს ძალა უდრის მანქანის წონას და ჩვენ ვიცით როგორ გამოვთვალოთ იგი ნიუტონის მეორე კანონის გამოყენებით. F=ma, სად ა- აჩქარება თავისუფალი ვარდნადედამიწის ზედაპირზე, რომელიც უდრის 9,81 მ/წ². ასე რომ, წონა არის 1500 კგ × 9,8 მ/წმ = 14,700 N (ნიუტონი: 1 ნიუტონი არის დაახლოებით 1 კგ მ/წმ², რაც დაახლოებით უდრის ვაშლის წონას). ვინაიდან ორი ძალა თანაბარია, მაშინ

P × 400 სმ² = 14,700 ნ.

ამ განტოლების ამოხსნა მარტივია: პ\u003d (14 700 / 400) N / სმ² \u003d 36,75 N / სმ². 36,75 H/cm² წნევა შეიძლება არ იყოს საბურავების წნევის გამოხატვის ნაცნობი გზა, მაგრამ ის ადვილად შეიძლება გადაკეთდეს უფრო ნაცნობ „ზოლებად“.

ბრინჯი. 12.3. საბურავი ოდნავ დეფორმირდება მანქანის წონის ქვეშ.

ერთი ბარი არის ჰაერის სტანდარტული წნევა, რომელიც უდრის 101,000 N მ²-ზე. 1 მ²-ში არის 10,000 სმ², ამიტომ 101,000 ნ მ² არის 10,1 ნ სმ²-ზე. ასე რომ, ჩვენი სასურველი საბურავის წნევა არის 36,75 / 10,1 = 3,6 ბარი (ან 52 psi - თქვენ თავად შეგიძლიათ გაერკვნენ). ჩვენი განტოლების გამოყენებით ასევე შეგვიძლია გავიგოთ, რომ თუ საბურავის წნევა 50%-ით იკლებს 1,8 ბარამდე, მაშინ გავაორმაგებთ საბურავის ფართობს გზის ზედაპირთან შეხებაში, ანუ საბურავი ოდნავ იშლება. წნევის გამოთვლაში ამ გამაგრილებელი გადახრით, ჩვენ მზად ვართ დავუბრუნდეთ ვარსკვლავური მატერიის კუბს, რომელიც ნაჩვენებია ნახ. 12.2.

თუ კუბის ქვედა სახე უფრო ახლოს არის ვარსკვლავის ცენტრთან, მაშინ მასზე წნევა ოდნავ მეტი უნდა იყოს, ვიდრე ზედა სახეზე. წნევის ეს სხვაობა წარმოქმნის კუბზე მოქმედ ძალას, რომელიც მიდრეკილია აარიდოს მას ვარსკვლავის ცენტრიდან (სურათზე „მაღლა“), რისი მიღწევაც გვინდა, რადგან კუბი ამავე დროს უბიძგებს. გრავიტაციით ვარსკვლავის ცენტრისკენ (სურათზე „ქვემოთ“). ჩვენ რომ გავიგოთ, როგორ გავაერთიანოთ ეს ორი ძალა, გავაუმჯობესებდით ვარსკვლავის გაგებას. მაგრამ ამის თქმა უფრო ადვილია, ვიდრე გაკეთება, რადგან თუმცა ნაბიჯი 1საშუალებას გვაძლევს გავიგოთ რა არის ელექტრონების წნევა კუბზე, მაინც უნდა გამოვთვალოთ რამდენია გრავიტაციული წნევა საპირისპირო მიმართულებით. სხვათა შორის, არ არის საჭირო კუბის გვერდებზე წნევის გათვალისწინება, რადგან ისინი თანაბრად არიან დაშორებული ვარსკვლავის ცენტრიდან, ამიტომ მარცხენა მხარეს წნევა დააბალანსებს წნევას მარჯვენა მხარეს და კუბი არ გადავა არც მარჯვნივ და არც მარცხნივ.

იმის გასარკვევად, თუ რა სიმძიმის ძალა მოქმედებს კუბზე, უნდა დავუბრუნდეთ ნიუტონის მიზიდულობის კანონს, რომელიც ამბობს, რომ ვარსკვლავური მატერიის თითოეული ნაწილი მოქმედებს ჩვენს კუბზე ძალით, რომელიც მცირდება მანძილის ზრდასთან ერთად, ანუ მატერიის უფრო შორს. დააჭირე დახურულზე ნაკლებს.. როგორც ჩანს, ის ფაქტი, რომ ჩვენს კუბზე გრავიტაციული წნევა განსხვავებულია ვარსკვლავური მატერიის სხვადასხვა ნაწილებზე, მათი მანძილის მიხედვით, რთული პრობლემაა, მაგრამ ჩვენ დავინახავთ, როგორ მოვიქცეთ ამ წერტილის გარშემო, ყოველ შემთხვევაში პრინციპში: ჩვენ ვჭრით ვარსკვლავს. ცალი და შემდეგ ვიანგარიშებთ ძალას, რომელსაც თითოეული ასეთი ნაჭერი ავლენს ჩვენს კუბზე. საბედნიეროდ, არ არის საჭირო ვარსკვლავის კულინარიული ჭრის შემოღება, რადგანაც შესაძლებელია შესანიშნავი გამოსავლის გამოყენება. გაუსის კანონი (რომელიც ლეგენდარული გერმანელი მათემატიკოსის კარლ გაუსის სახელს ატარებს) ამბობს, რომ: ა) შეიძლება სრულიად უგულებელვყოთ ყველა ნაწილის მიზიდულობა, რომლებიც უფრო შორს არიან ვარსკვლავის ცენტრიდან, ვიდრე ჩვენი კუბი; ბ) ცენტრთან უფრო ახლოს მყოფი ყველა ნაწილის ჯამური გრავიტაციული წნევა ზუსტად უდრის იმ წნევას, რომელსაც ეს ნაჭრები ზუსტად ვარსკვლავის ცენტრში რომ იყვნენ. გაუსის კანონისა და ნიუტონის მიზიდულობის კანონის გამოყენებით შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ კუბზე მოქმედებს ძალა, რომელიც უბიძგებს მას ვარსკვლავის ცენტრისკენ და ეს ძალა უდრის

სადაც მინარის ვარსკვლავის მასა სფეროს შიგნით, რომლის რადიუსი უდრის მანძილს ცენტრიდან კუბამდე, მაკუბიარის კუბის მასა და რარის მანძილი კუბიდან ვარსკვლავის ცენტრამდე ( გარის ნიუტონის მუდმივი). მაგალითად, თუ კუბი ვარსკვლავის ზედაპირზეა, მაშინ მინარის ვარსკვლავის მთლიანი მასა. ყველა სხვა ლოკაციისთვის მინნაკლები იქნება.

ჩვენ მივაღწიეთ გარკვეულ წარმატებას, რადგან კუბზე ზემოქმედების დასაბალანსებლად (გაიხსენეთ, ეს ნიშნავს, რომ კუბი არ მოძრაობს და ვარსკვლავი არ აფეთქებს ან იშლება) მოითხოვს

სადაც Pbottomდა პტოპიარის გაზის ელექტრონების წნევა კუბის ქვედა და ზედა ნაწილებზე, შესაბამისად და მაგრამარის კუბის თითოეული მხარის ფართობი (გახსოვდეთ, რომ წნევის მიერ განხორციელებული ძალა უდრის ზეწოლას ფართობზე). ჩვენ აღვნიშნეთ ეს განტოლება რიცხვით (1), რადგან ის ძალიან მნიშვნელოვანია და მას მოგვიანებით დავუბრუნდებით.

ნაბიჯი 3: მოამზადე ჩაი და ისიამოვნე, რადგან მომზადებით ნაბიჯი 1ზეწოლები გამოვთვალეთ Pbottomდა პტოპი, და მერე ნაბიჯი 2გაირკვა, თუ როგორ უნდა დაბალანსებულიყო ძალები. თუმცა, მთავარი სამუშაო ჯერ კიდევ წინ არის, რადგან უნდა დავასრულოთ ნაბიჯი 1და განსაზღვრეთ წნევის სხვაობა, რომელიც ჩანს განტოლების მარცხენა მხარეს (1). ეს იქნება ჩვენი შემდეგი ამოცანა.

წარმოიდგინეთ ვარსკვლავი სავსე ელექტრონებითა და სხვა ნაწილაკებით. როგორ არის ეს ელექტრონები მიმოფანტული? ყურადღება მივაქციოთ „ტიპიურ“ ელექტრონს. ჩვენ ვიცით, რომ ელექტრონები ემორჩილებიან პაულის პრინციპს, ანუ ორი ელექტრონი არ შეიძლება იყოს სივრცის ერთსა და იმავე რეგიონში. რას ნიშნავს ეს იმ ელექტრონების ზღვაზე, რომელსაც ჩვენს ვარსკვლავში "გაზის ელექტრონებს" ვუწოდებთ? ვინაიდან აშკარაა, რომ ელექტრონები ერთმანეთისგან განცალკევებულია, შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ თითოეული მათგანი ვარსკვლავის შიგნით არის საკუთარ მინიატურულ წარმოსახვით კუბში. სინამდვილეში, ეს არ არის მთლად მართალი, რადგან ჩვენ ვიცით, რომ ელექტრონები იყოფა ორ ტიპად - "დაბრუნებით" და "დაბრუნებით", ხოლო პაულის პრინციპი კრძალავს იდენტური ნაწილაკების მხოლოდ ძალიან მჭიდრო განლაგებას, ანუ თეორიულად, ისინი. შეიძლება იყოს კუბში და ორ ელექტრონში. ეს ეწინააღმდეგება სიტუაციას, რომელიც წარმოიქმნება, თუ ელექტრონები არ დაემორჩილებოდნენ პაულის პრინციპს. ამ შემთხვევაში „ვირტუალურ კონტეინერებში“ ორ-ორად არ დაჯდებოდნენ. გავრცელდებოდნენ და გაცილებით დიდი საცხოვრებელი ფართით ტკბებოდნენ. სინამდვილეში, თუ შესაძლებელი იქნებოდა ელექტრონების ურთიერთქმედების სხვადასხვა გზების იგნორირება ერთმანეთთან და ვარსკვლავების სხვა ნაწილაკებთან, მათი საცხოვრებელი ფართის შეზღუდვა არ იქნებოდა. ჩვენ ვიცით, რა ხდება კვანტურ ნაწილაკს შეზღუდვისას: ის ხტება ჰაიზენბერგის გაურკვევლობის პრინციპის მიხედვით და რაც უფრო მეტად არის შეზღუდული, მით უფრო ხტება. ეს ნიშნავს, რომ როდესაც ჩვენი თეთრი ჯუჯა იშლება, ელექტრონები უფრო და უფრო იზღუდებიან და უფრო და უფრო აღელვდებიან. სწორედ მათი აგზნებით გამოწვეული წნევა აჩერებს გრავიტაციულ კოლაფსს.

ჩვენ შეგვიძლია კიდევ უფრო შორს წავიდეთ, რადგან შეგვიძლია გამოვიყენოთ ჰაიზენბერგის განუსაზღვრელობის პრინციპი ელექტრონის ტიპიური იმპულსის გამოსათვლელად. მაგალითად, თუ ელექტრონს შემოვიფარგლებით ზომის რეგიონში Δx, ის გადახტება ტიპიური იმპულსით გვ ~ სთ / Δx. სინამდვილეში, როგორც მე-4 თავში განვიხილეთ, იმპულსი მიუახლოვდება ზედა ზღვარს და ტიპიური იმპულსი იქნება ნულიდან ამ მნიშვნელობამდე; დაიმახსოვრე ეს ინფორმაცია, მოგვიანებით დაგვჭირდება. იმპულსის ცოდნა საშუალებას გაძლევთ დაუყოვნებლივ იცოდეთ კიდევ ორი ​​რამ. პირველი, თუ ელექტრონები არ ემორჩილებიან პაულის პრინციპს, მაშინ ისინი შემოიფარგლება უზომო რეგიონით Δx, მაგრამ ბევრად უფრო დიდი. ეს, თავის მხრივ, ნიშნავს გაცილებით ნაკლებ ვიბრაციას და რაც ნაკლები ვიბრაციაა, მით ნაკლებია წნევა. ასე რომ, ცხადია, პაულის პრინციპი მოქმედებს; ის იმდენად ზეწოლას ახდენს ელექტრონებზე, რომ ჰაიზენბერგის გაურკვევლობის პრინციპის შესაბამისად, ისინი ავლენენ გადაჭარბებულ ვიბრაციას. გარკვეული პერიოდის შემდეგ, ჩვენ გადავიყვანთ ჭარბი რყევების იდეას წნევის ფორმულად, მაგრამ ჯერ გავარკვევთ, რა იქნება "მეორე". იმპულსიდან მოყოლებული p=mv, მაშინ რხევის სიჩქარე ასევე უკუკავშირშია მასასთან, ამიტომ ელექტრონები ბევრად უფრო სწრაფად ხტებიან წინ და უკან, ვიდრე უფრო მძიმე ბირთვები, რომლებიც ასევე ვარსკვლავის ნაწილია. ამიტომ ატომის ბირთვების წნევა უმნიშვნელოა.

მაშ, როგორ შეიძლება ვინმემ, იცის ელექტრონის იმპულსი, გამოთვალოს ამ ელექტრონებისაგან შემდგარი აირის მიერ განხორციელებული წნევა? ჯერ უნდა გაარკვიოთ, რა ზომის უნდა იყოს ელექტრონების წყვილი შემცველი ბლოკები. ჩვენს პატარა ბლოკებს აქვთ მოცულობა ( Δx)³ და რადგან ჩვენ უნდა მოვათავსოთ ყველა ელექტრონი ვარსკვლავის შიგნით, ეს შეიძლება გამოიხატოს როგორც ვარსკვლავის შიგნით ელექტრონების რაოდენობა ( ნ) გაყოფილი ვარსკვლავის მოცულობაზე ( ვ). იმისათვის, რომ მოერგოს ყველა ელექტრონს, საჭიროა ზუსტად ნ/ 2 კონტეინერი, რადგან თითოეულ კონტეინერში იტევს ორი ელექტრონი. ეს ნიშნავს, რომ თითოეული კონტეინერი დაიკავებს მოცულობას ვიყოფა ნ/ 2, ანუ 2 ( V/N). ჩვენ არაერთხელ გვჭირდება რაოდენობა N/V(ვარსკვლავის შიგნით მოცულობის ელექტრონების რაოდენობა), მოდით მივცეთ მას საკუთარი სიმბოლო ნ. ახლა ჩვენ შეგვიძლია დავწეროთ რა უნდა იყოს კონტეინერების მოცულობა, რათა მოერგოს ვარსკვლავში არსებულ ყველა ელექტრონს, ანუ ( Δx)³ = 2 / ნ. კუბის ფესვის ამოღება განტოლების მარჯვენა მხრიდან შესაძლებელს ხდის ამის დასკვნის გაკეთებას

ახლა ჩვენ შეგვიძლია დავუკავშიროთ ეს ჩვენს გამონათქვამს, რომელიც მიღებულია გაურკვევლობის პრინციპიდან და გამოვთვალოთ ელექტრონების ტიპიური იმპულსი მათი კვანტური რხევების მიხედვით:

პ~ თ(ნ/ 2)⅓, (2)

სადაც ~ ნიშანი ნიშნავს "დაახლოებით თანაბარს". რა თქმა უნდა, განტოლება არ შეიძლება იყოს ზუსტი, რადგან არ არსებობს გზა, რომ ყველა ელექტრონს შეუძლია ერთნაირად რხევა: ზოგი მოძრაობს უფრო სწრაფად ვიდრე ტიპიური მნიშვნელობა, ზოგი უფრო ნელა. ჰაიზენბერგის გაურკვევლობის პრინციპი ზუსტად ვერ გეტყვით რამდენი ელექტრონი მოძრაობს ერთი სიჩქარით და რამდენი მეორეზე. ეს შესაძლებელს ხდის უფრო მიახლოებითი განცხადების გაკეთებას: მაგალითად, თუ თქვენ შეკუმშავთ ელექტრონის რეგიონს, მაშინ ის იმპულსით ირხევა დაახლოებით ტოლი სთ / Δx. ჩვენ ავიღებთ ამ ტიპურ იმპულსს და დავაყენებთ მას ყველა ელექტრონისთვის ერთნაირი. ამრიგად, ჩვენ ცოტას დავკარგავთ გამოთვლების სიზუსტეში, მაგრამ მნიშვნელოვნად მოვიგებთ სიმარტივეში და ფენომენის ფიზიკა ნამდვილად იგივე დარჩება.

ახლა ჩვენ ვიცით ელექტრონების სიჩქარე, რომელიც იძლევა საკმარის ინფორმაციას იმის დასადგენად, თუ რა წნევა ახდენენ მათ ჩვენს კუბზე. ამის სანახავად წარმოიდგინეთ ელექტრონების მთელი ფლოტი, რომელიც მოძრაობს იმავე მიმართულებით იმავე სიჩქარით ( ვ) პირდაპირი სარკისკენ. ისინი სარკეს ურტყამდნენ და ხტუნავდნენ, მოძრაობენ იმავე სიჩქარით, მაგრამ ამჯერად შიგნით საპირისპირო მიმართულება. გამოვთვალოთ რა ძალა მოქმედებენ ელექტრონები სარკეზე. ამის შემდეგ, შეგიძლიათ გადახვიდეთ უფრო რეალისტურ გამოთვლებზე იმ შემთხვევებისთვის, როდესაც ელექტრონები მოძრაობენ სხვადასხვა მიმართულებით. ეს მეთოდოლოგია ძალიან გავრცელებულია ფიზიკაში: ჯერ უნდა იფიქროთ პრობლემის უფრო მარტივ ვერსიაზე, რომლის გადაჭრაც გსურთ. ამრიგად, თქვენ შეგიძლიათ გაიგოთ ფენომენის ფიზიკა ნაკლები პრობლემებით და მოიპოვოთ ნდობა უფრო სერიოზული პრობლემის გადასაჭრელად.

წარმოიდგინეთ, რომ ელექტრონების ფლოტი შედგება ნნაწილაკები თითო მ³-ზე და სიმარტივისთვის აქვს წრიული ფართობი 1 მ², როგორც ნაჩვენებია ნახ. 12.4. წამში ნ.ვ.ელექტრონები სარკეში მოხვდებიან (თუ ვიზომება მეტრებში წამში).

ბრინჯი. 12.4. იმავე მიმართულებით მოძრავი ელექტრონების ფლოტი (პატარა წერტილები). ამ ზომის მილის ყველა ელექტრონი ყოველ წამს სარკეში მოხვდება.

ნაწილაკების ფიზიკის თანამედროვე გაგება შეიცავს ე.წ სტანდარტული მოდელი . ნაწილაკების ფიზიკის სტანდარტული მოდელი (SM) ეფუძნება კვანტურ ელექტროდინამიკას, კვანტურ ქრომოდინამიკას და კვარკ-პარტონის მოდელს.
კვანტური ელექტროდინამიკა (QED) - მაღალი სიზუსტის თეორია - აღწერს ელექტრომაგნიტური ძალების გავლენის ქვეშ მიმდინარე პროცესებს, რომლებიც შესწავლილია მაღალი სიზუსტით.
კვანტური ქრომოდინამიკა (QCD), რომელიც აღწერს ძლიერი ურთიერთქმედების პროცესებს, აგებულია QED-ის ანალოგიით, მაგრამ უფრო მეტად არის ნახევრად ემპირიული მოდელი.
კვარკ-პარტონის მოდელი აერთიანებს ნაწილაკების თვისებების და მათი ურთიერთქმედების შესწავლის თეორიულ და ექსპერიმენტულ შედეგებს.
ჯერჯერობით, სტანდარტული მოდელიდან გადახრები არ არის ნაპოვნი.
სტანდარტული მოდელის ძირითადი შინაარსი წარმოდგენილია ცხრილებში 1, 2, 3. მატერიის შემადგენელი არის ფუნდამენტური ფერმიონების სამი თაობა (I, II, III), რომელთა თვისებები ჩამოთვლილია ცხრილში. 1. ფუნდამენტური ბოზონები - ურთიერთქმედების მატარებლები (ცხრილი 2), რომელთა წარმოდგენა შესაძლებელია ფეინმანის დიაგრამის გამოყენებით (ნახ. 1).

ცხრილი 1: ფერმიონები − (ნახევრად მთელი რიცხვი სპინი ћ-ის ერთეულებში) მატერიის შემადგენელი კომპონენტები

	ლეპტონები, სპინი = 1/2			კვარკები, სპინი = 1/2
	არომატი	წონა, გევ/წმ 2	ელექტრო მუხტი, ე	არომატი	წონა, გევ/წმ 2	ელექტრო მუხტი, ე
მე	ვ ე	< 7·10 -9	0	შენ, ზევით	0.005	2/3
	ე, ელექტრონი	0.000511	-1	დ, ქვემოთ	0.01	-1/3
II	ν μ	< 0.0003	0	გ, ხიბლი	1.5	2/3
	μ, მიონი	0.106	-1	s, უცნაური	0.2	-1/3
III	ν τ	< 0.03	0	t, ზედა	170	2/3
	τ, ტაუ	1.7771	-1	ბ, ქვედა	4.7	-1/3

ცხრილი 2: ბოზონები - ურთიერთქმედების მატარებლები (სპინი = 0, 1, 2 ... ћ-ის ერთეულებში)

მატარებლები ურთიერთქმედებები	წონა, GeV/s2	ელექტრო მუხტი, ე
ელექტროსუსტი ურთიერთქმედება
γ, ფოტონი, სპინი = 1	0	0
W -, ტრიალი = 1	80.22	-1
W +, ტრიალი = 1	80.22	+1
Z 0, ტრიალი = 1	91.187	0
ძლიერი (ფერადი) ურთიერთქმედება
5, გლუონები, სპინი = 1	0	0
აღმოუჩენელი ბოზონები
H 0, ჰიგსი, სპინი = 0	> 100	0
G, გრავიტონი, სპინი = 2	?	0

ცხრილი 3: შედარებითი მახასიათებლებიფუნდამენტური ურთიერთქმედება

ურთიერთქმედების სიძლიერე მითითებულია ძლიერთან შედარებით.

ბრინჯი. 1: ფეინმანის დიაგრამა: A + B = C + D, a არის ურთიერთქმედების მუდმივი, Q 2 = -t - 4-იმპულსი, რომელსაც A ნაწილაკი გადააქვს B ნაწილაკზე ოთხი ტიპის ურთიერთქმედების შედეგად.

1.1 სტანდარტული მოდელის საფუძვლები

• ჰადრონები შედგება კვარკებისა და გლუონებისგან (პარტონები). კვარკები არის ფერმიონები სპინის 1/2 და მასით m 0; გლუონები არის ბოზონები სპინით 1 და მასა m = 0.
• კვარკები კლასიფიცირდება ორგვარად: გემოსა და ფერში. თითოეული კვარკისთვის არის 6 კვარკის არომატი და 3 ფერი.
• არომატი არის მახასიათებელი, რომელიც შენარჩუნებულია ძლიერი ურთიერთქმედების დროს.
• გლუონი შედგება ორი ფერისგან - ფერისა და ანტიფერისაგან და მისთვის ყველა სხვა კვანტური რიცხვი ნულის ტოლია. როდესაც გლუონი გამოიყოფა, კვარკი იცვლის ფერს, მაგრამ არა გემოს. სულ 8 გლუონია.
• QCD-ში ელემენტარული პროცესები აგებულია QED-ის ანალოგიით: გლუონის bremsstrahlung კვარკით, კვარკ-ანტიკვარკის წყვილების წარმოება გლუონის მიერ. გლუონის მიერ გლუონის წარმოების პროცესს QED-ში ანალოგი არ გააჩნია.
• სტატიკური გლუონური ველი უსასრულობაში ნულისკენ მიდრეკილია, ე.ი. ასეთი ველის მთლიანი ენერგია უსასრულოა. ამრიგად, კვარკებს არ შეუძლიათ გაფრინდნენ ჰადრონებიდან; ხდება შეზღუდვა.
• კვარკებს შორის მოქმედებს მიმზიდველი ძალები, რომლებსაც აქვთ ორი უჩვეულო თვისება: ა) ასიმპტომური თავისუფლება ძალიან მცირე დისტანციებზე და ბ) ინფრაწითელი ხაფანგი - შეზღუდვა, იმის გამო, რომ V(r) ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგია განუსაზღვრელი ვადით იზრდება კვარკებს შორის მანძილის ზრდასთან ერთად. , V(r ) = -α s /r + ær, α s და æ მუდმივებია.
• კვარკ-კვარკის ურთიერთქმედება არ არის დანამატი.
• მხოლოდ ფერადი სინგლები შეიძლება არსებობდეს თავისუფალი ნაწილაკების სახით:
  მეზონის სინგლი, რომლისთვისაც ტალღის ფუნქცია მოცემულია

და ბარიონის სინგლი ტალღის ფუნქციით

სადაც R არის წითელი, B არის ლურჯი, G არის მწვანე.

• არსებობს მიმდინარე და შემადგენელი კვარკები, რომლებსაც განსხვავებული მასები აქვთ.
• A + B = C + X პროცესის ჯვარი მონაკვეთები ერთი გლუონის გაცვლით კვარკებს შორის, რომლებიც ქმნიან ჰადრონებს, იწერება:

ŝ = x a x b s, = x a t/x c.

სიმბოლოები a, b, c, d აღნიშნავენ კვარკებს და მათთან დაკავშირებულ ცვლადებს, სიმბოლოები А, В, С აღნიშნავენ ჰადრონებს, ŝ, , , კვარკებთან დაკავშირებულ სიდიდეებს, აღნიშნავენ a კვარკების განაწილების ფუნქციას ჰადრონში A (ან, შესაბამისად, - კვარკები b ჰადრონში B), არის კვარკის c ფრაგმენტაციის ფუნქცია ჰადრონებად C, d/dt არის ურთიერთქმედების ელემენტარული განივი მონაკვეთი qq.

1.2 მოძებნეთ გადახრები სტანდარტული მოდელიდან

აჩქარებული ნაწილაკების არსებული ენერგიების პირობებში, QCD-ის ყველა დებულება და მით უმეტეს QED-ის, კარგად ინარჩუნებს თავს. ნაწილაკების უფრო მაღალი ენერგიებით დაგეგმილ ექსპერიმენტებში, ერთ-ერთი მთავარი ამოცანაა სტანდარტული მოდელიდან გადახრების პოვნა.
Შემდგომი განვითარებამაღალი ენერგიის ფიზიკა დაკავშირებულია შემდეგი ამოცანების გადაწყვეტასთან:

1. მოძებნეთ ეგზოტიკური ნაწილაკები სტრუქტურისგან განსხვავებული სტანდარტული მოდელისგან მიღებული სტრუქტურისგან.
2. მოძებნეთ ნეიტრინოს რხევები ν μ ↔ ν τ და მასთან დაკავშირებული პრობლემა ნეიტრინოს მასის (ν m ≠ 0).
3. მოძებნეთ პროტონის დაშლა, რომლის სიცოცხლე შეფასებულია როგორც τ exp > 10 33 წელი.
4. ფუნდამენტური ნაწილაკების სტრუქტურის ძიება (სიმები, პრეონები დისტანციებზე დ< 10 -16 см).
5. დეკონიფიცირებული ჰადრონული ნივთიერების გამოვლენა (კვარკ-გლუონური პლაზმა).
6. CP დარღვევის შესწავლა ნეიტრალური K-მეზონების, D-მეზონებისა და B-ნაწილაკების დაშლისას.
7. ბნელი მატერიის ბუნების შესწავლა.
8. ვაკუუმის შემადგენლობის შესწავლა.
9. მოძებნეთ ჰიგსის ბოზონი.
10. სუპერსიმეტრიული ნაწილაკების ძიება.

1.3 სტანდარტული მოდელის გადაუჭრელი კითხვები

ფუნდამენტური ფიზიკური თეორია, ელემენტარული ნაწილაკების (კვარკები და ლეპტონები) ელექტრომაგნიტური, სუსტი და ძლიერი ურთიერთქმედების სტანდარტული მოდელი XX საუკუნის ფიზიკის საყოველთაოდ აღიარებული მიღწევაა. ის ხსნის მიკროსამყაროს ფიზიკის ყველა ცნობილ ექსპერიმენტულ ფაქტს. თუმცა, არის რიგი კითხვები, რომლებზეც სტანდარტული მოდელი არ პასუხობს.

1. ელექტროსუსტი ლიანდაგის ინვარიანტობის სპონტანური დარღვევის მექანიზმის ბუნება უცნობია.

• W ± - და Z 0 -ბოზონებისთვის მასების არსებობის ახსნა მოითხოვს სკალარული ველების თეორიაში შეყვანას ძირითადი მდგომარეობით, ვაკუუმით, რომელიც არაინვარიანტულია ლიანდაგის გარდაქმნების მიმართ.
• ამის შედეგია ახალი სკალარული ნაწილაკის - ჰიგსის ბოზონის გაჩენა.

1. SM არ ხსნის კვანტური რიცხვების ბუნებას.

• რა არის მუხტები (ელექტრული; ბარიონი; ლეპტონი: Le, L μ, L τ: ფერი: ლურჯი, წითელი, მწვანე) და რატომ არის ისინი კვანტური?
• რატომ არის ფუნდამენტური ფერმიონების 3 თაობა (I, II, III)?

1. SM არ შეიცავს გრავიტაციას, შესაბამისად, გრავიტაციის SM-ში ჩართვის გზა არის ახალი ჰიპოთეზა მიკროსამყაროს სივრცეში დამატებითი განზომილებების არსებობის შესახებ.
2. არ არსებობს ახსნა, თუ რატომ არის პლანკის ფუნდამენტური შკალა (M ~ 10 19 GeV) ასე შორს ელექტროსუსტი ურთიერთქმედებების ფუნდამენტური სკალისგან (M ~ 10 2 GeV).

ამჟამად ამ პრობლემების გადაჭრის გზა არსებობს. იგი შედგება ფუნდამენტური ნაწილაკების სტრუქტურის ახალი იდეის შემუშავებაში. ვარაუდობენ, რომ ფუნდამენტური ნაწილაკები არის ობიექტები, რომლებსაც ჩვეულებრივ უწოდებენ "სიმებს". სიმების თვისებები განიხილება სწრაფად განვითარებად სუპერსიმიან მოდელში, რომელიც აცხადებს კავშირს ნაწილაკების ფიზიკაში და ასტროფიზიკაში მომხდარ ფენომენებს შორის. ამ კავშირმა განაპირობა ახალი დისციპლინის ფორმულირება - ელემენტარული ნაწილაკების კოსმოლოგია.

„ჩვენ გვაინტერესებს, რატომ მიუძღვნიან ნიჭიერი და თავდადებული ადამიანების ჯგუფი სიცოცხლეს ისეთი პაწაწინა საგნების დევნას, რომ მათი დანახვაც კი შეუძლებელია? სინამდვილეში, ნაწილაკების ფიზიკოსების კლასებში ვლინდება ადამიანის ცნობისმოყვარეობა და სურვილი, გაარკვიონ, როგორ მუშაობს სამყარო, რომელშიც ჩვენ ვცხოვრობთ. ” შონ კეროლი

თუ ჯერ კიდევ გეშინიათ ფრაზა კვანტური მექანიკის და ჯერ კიდევ არ იცით რა არის სტანდარტული მოდელი - მოგესალმებით კატა. ჩემს პუბლიკაციაში ვეცდები რაც შეიძლება მარტივად და ნათლად ავხსნა კვანტური სამყაროს საფუძვლები, ასევე ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკა. ჩვენ შევეცდებით გაერკვნენ, რა არის ძირითადი განსხვავებები ფერმიონებსა და ბოზონებს შორის, რატომ აქვთ კვარკებს ასეთი უცნაური სახელები და ბოლოს, რატომ სურდა ყველას ჰიგსის ბოზონის პოვნა.

რისგან ვართ შექმნილი?

კარგად, ჩვენ დავიწყებთ ჩვენს მოგზაურობას მიკროსამყაროში მარტივი კითხვით: რისგან შედგება ჩვენს გარშემო არსებული ობიექტები? ჩვენი სამყარო, როგორც სახლი, შედგება მრავალი პატარა აგურისგან, რომლებიც, განსაკუთრებული გაერთიანებით, ქმნის რაღაც ახალს, არა მხოლოდ გარეგნობა, არამედ მისი თვისებების თვალსაზრისითაც. სინამდვილეში, თუ მათ ყურადღებით დააკვირდებით, აღმოაჩენთ, რომ არ არსებობს ამდენი განსხვავებული ტიპის ბლოკები, უბრალოდ, ყოველ ჯერზე ისინი ერთმანეთს უკავშირდებიან სხვადასხვა გზით, ქმნიან ახალ ფორმებსა და ფენომენებს. თითოეული ბლოკი არის განუყოფელი ელემენტარული ნაწილაკი, რომელიც ჩემს მოთხრობაში იქნება განხილული.

მაგალითად, ავიღოთ რაიმე ნივთიერება, ეს იყოს მეორე ელემენტი პერიოდული სისტემამენდელეევი, ინერტული გაზი, ჰელიუმი. სამყაროს სხვა ნივთიერებების მსგავსად, ჰელიუმი შედგება მოლეკულებისგან, რომლებიც, თავის მხრივ, წარმოიქმნება ატომებს შორის კავშირებით. მაგრამ ამ შემთხვევაში, ჩვენთვის ჰელიუმი ცოტათი განსაკუთრებულია, რადგან ის მხოლოდ ერთი ატომია.

რისგან შედგება ატომი?

ჰელიუმის ატომი, თავის მხრივ, შედგება ორი ნეიტრონისა და ორი პროტონისაგან, რომლებიც ქმნიან ატომის ბირთვს, რომლის გარშემოც ორი ელექტრონი ბრუნავს. ყველაზე საინტერესო ის არის, რომ აქ ერთადერთი აბსოლუტურად განუყოფელია ელექტრონი.

კვანტური სამყაროს საინტერესო მომენტი

Როგორ უფრო პატარაელემენტარული ნაწილაკების მასა, ა მეტიის ადგილს იკავებს. სწორედ ამ მიზეზით ხდება, რომ ელექტრონები, რომლებიც პროტონზე 2000-ჯერ მსუბუქია, გაცილებით მეტ ადგილს იკავებს, ვიდრე ატომის ბირთვი.

ნეიტრონები და პროტონები მიეკუთვნებიან ჯგუფს ე.წ ჰადრონები(ნაწილაკები ექვემდებარება ძლიერ ურთიერთქმედებას), და კიდევ უფრო ზუსტად, ბარიონები.

ჰადრონები შეიძლება დაიყოს ჯგუფებად

• ბარიონები, რომლებიც შედგება სამი კვარკისგან
• მეზონები, რომლებიც შედგება წყვილისაგან: ნაწილაკი-ანტინაწილაკი

ნეიტრონი, როგორც მისი სახელი გულისხმობს, ნეიტრალურად დამუხტულია და შეიძლება დაიყოს ორ ქვევით და ერთ კვარკად. პროტონი, დადებითად დამუხტული ნაწილაკი, იყოფა ერთ ქვემოთ და ორ კვარკად.

კი, კი, არ ვხუმრობ, მართლა ზემო და ქვედა ეძახიან. როგორც ჩანს, თუ აღმოვაჩინეთ ზედა და ქვედა კვარკები და ელექტრონიც კი, მათი დახმარებით შევძლებდით მთელი სამყაროს აღწერას. მაგრამ ეს განცხადება ძალიან შორს იქნება სიმართლისგან.

მთავარი პრობლემა ის არის, რომ ნაწილაკები როგორღაც უნდა იმოქმედონ ერთმანეთთან. თუ სამყარო შედგებოდა მხოლოდ ამ სამისგან (ნეიტრონი, პროტონი და ელექტრონი), მაშინ ნაწილაკები უბრალოდ გაფრინდნენ სივრცის უზარმაზარ სივრცეში და არასოდეს შეიკრიბებოდნენ უფრო დიდ წარმონაქმნებში, როგორიცაა ჰადრონები.

ფერმიონები და ბოზონები

საკმაოდ დიდი ხნის წინ, მეცნიერებმა გამოიგონეს ელემენტარული ნაწილაკების წარმოდგენის მოსახერხებელი და ლაკონური ფორმა, რომელსაც სტანდარტული მოდელი ეწოდა. გამოდის, რომ ყველა ელემენტარული ნაწილაკი იყოფა ფერმიონები, რომლისგანაც მთელი მატერია შედგება და ბოზონები, რომლებიც ატარებენ სხვადასხვა სახის ურთიერთქმედებას ფერმიონებს შორის.

განსხვავება ამ ჯგუფებს შორის ძალიან ნათელია. ფაქტია, რომ კვანტური სამყაროს კანონების მიხედვით, ფერმიონებს გარკვეული სივრცე სჭირდებათ გადარჩენისთვის, ხოლო მათ კოლეგებს, ბოზონებს, შეუძლიათ ადვილად იცხოვრონ ერთმანეთზე ტრილიონებში.

ფერმიონები

ფერმიონთა ჯგუფი, როგორც უკვე აღვნიშნეთ, ქმნის ხილულ მატერიას ჩვენს ირგვლივ. რასაც ჩვენ ვხედავთ, ყველგან, იქმნება ფერმიონები. ფერმიონები იყოფა კვარკები, რომლებიც მჭიდროდ ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან და არიან მოქცეულნი უფრო რთულ ნაწილაკებში, როგორიცაა ჰადრონები და ლეპტონები, რომლებიც თავისუფლად არსებობენ სივრცეში მათი კოლეგებისგან დამოუკიდებლად.

კვარკებიიყოფა ორ ჯგუფად.

• ყველაზე ტიპი. ზევით კვარკები, მუხტით +23, მოიცავს: up, ხიბლი და ნამდვილი კვარკები
• ქვედა ტიპი. დაუნის ტიპის კვარკები, მუხტით -13, მოიცავს: დაუნის, უცნაურ და ხიბლის კვარკებს.

ჭეშმარიტი და საყვარელი ყველაზე დიდი კვარკებია, ხოლო ზევით და ქვევით ყველაზე პატარა. რატომ დაარქვეს კვარკებს ასეთი უჩვეულო სახელები და უფრო სწორად, „არომატები“, დღემდე მეცნიერთა კამათის საგანია.

ლეპტონებიასევე იყოფა ორ ჯგუფად.

• პირველ ჯგუფში, მუხტით "-1", შედის: ელექტრონი, მიონი (უფრო მძიმე ნაწილაკი) და ტაუს ნაწილაკი (ყველაზე მასიური)
• მეორე ჯგუფი, ნეიტრალური მუხტით, შეიცავს: ელექტრონულ ნეიტრინოს, მუონური ნეიტრინოს და ტაუ ნეიტრინოს.

ნეიტრინო არის მატერიის მცირე ნაწილაკი, რომლის აღმოჩენა თითქმის შეუძლებელია. მისი დატენვა ყოველთვის არის 0.

ჩნდება კითხვა, იპოვიან თუ არა ფიზიკოსები ნაწილაკების კიდევ რამდენიმე თაობას, რომლებიც წინა ნაწილებთან შედარებით უფრო მასიური იქნება. ძნელია პასუხის გაცემა, მაგრამ თეორეტიკოსები თვლიან, რომ ლეპტონებისა და კვარკების თაობები შემოიფარგლება სამით.

ვერ პოულობ რაიმე მსგავსებას? ორივე კვარკები და ლეპტონები იყოფა ორ ჯგუფად, რომლებიც განსხვავდებიან ერთმანეთისგან პასუხისმგებელი ერთეულით? მაგრამ ამაზე მოგვიანებით...

ბოზონები

მათ გარეშე ფერმიონები სამყაროს ირგვლივ უწყვეტი ნაკადით დაფრინავდნენ. მაგრამ ბოზონების გაცვლისას, ფერმიონები ერთმანეთს ეუბნებიან რაიმე სახის ურთიერთქმედებას. თავად ბოზონები არ ურთიერთობენ ერთმანეთთან.

ბოზონების მიერ გადაცემული ურთიერთქმედება არის:

• ელექტრომაგნიტური, ნაწილაკები - ფოტონები. ეს უმასო ნაწილაკები სინათლეს გადასცემენ.
• ძლიერი ბირთვული, ნაწილაკები გლუონებია. მათი დახმარებით, კვარკები ატომის ბირთვიდან არ იშლება ცალკეულ ნაწილაკებად.
• სუსტი ბირთვული, ნაწილაკები - W და Z ბოზონები. მათი დახმარებით ფერმიონები გადადის მასით, ენერგიით და შეუძლიათ ერთმანეთში გადაქცევა.
• გრავიტაციული ნაწილაკები - გრავიტონები. უკიდურესად სუსტი ძალა მიკროკოსმოსის მასშტაბით. ხილული ხდება მხოლოდ სუპერმასიურ სხეულებზე.

დათქმა გრავიტაციული ურთიერთქმედების შესახებ.
გრავიტონების არსებობა ექსპერიმენტულად ჯერ არ არის დადასტურებული. ისინი მხოლოდ თეორიული ვერსიის სახით არსებობენ. სტანდარტულ მოდელში, უმეტეს შემთხვევაში, ისინი არ განიხილება.

ესე იგი, სტანდარტული მოდელი აწყობილია.

უბედურება ახლახან დაიწყო

დიაგრამაში ნაწილაკების ძალიან ლამაზი წარმოდგენის მიუხედავად, რჩება ორი კითხვა. სად იღებენ ნაწილაკები მათ მასას და რა არის ჰიგსის ბოზონი, რომელიც გამოირჩევა დანარჩენი ბოზონებისგან.

იმისათვის, რომ გავიგოთ ჰიგსის ბოზონის გამოყენების იდეა, უნდა მივმართოთ ველის კვანტურ თეორიას. საუბარი უბრალო ენა, შეიძლება ითქვას, რომ მთელი სამყარო, მთელი სამყარო, შედგება არა უმცირესი ნაწილაკებისგან, არამედ მრავალი განსხვავებული ველისაგან: გლუონი, კვარკი, ელექტრონული, ელექტრომაგნიტური და ა.შ. ყველა ამ სფეროში მუდმივად ხდება უმნიშვნელო რყევები. მაგრამ მათგან ყველაზე ძლიერს ელემენტარულ ნაწილაკებად აღვიქვამთ. დიახ, და ეს თეზისი ძალიან საკამათოა. კორპუსკულარულ-ტალღური დუალიზმის თვალსაზრისით, მიკროკოსმოსის იგივე ობიექტია სხვადასხვა სიტუაციებშიიქცევა როგორც ტალღა, ან როგორც ელემენტარული ნაწილაკი, ეს დამოკიდებულია მხოლოდ იმაზე, თუ რამდენად მოსახერხებელია პროცესის დამკვირვებელი ფიზიკოსისთვის სიტუაციის მოდელირება.

ჰიგსის ველი

გამოდის, რომ არსებობს ეგრეთ წოდებული ჰიგსის ველი, რომლის საშუალო მაჩვენებელი ნულამდე არ უნდა იყოს. შედეგად, ეს ველი ცდილობს მიიღოს რაღაც მუდმივი არა-ნულოვანი მნიშვნელობა მთელ სამყაროში. ველი ქმნის ყველგანმყოფ და მუდმივ ფონს, რის შედეგადაც ძლიერი რყევების შედეგად ჩნდება ჰიგსის ბოზონი.
და სწორედ ჰიგსის ველის წყალობითაა ნაწილაკები მასით დაჯილდოვებული.
ელემენტარული ნაწილაკის მასა დამოკიდებულია იმაზე, თუ რამდენად ძლიერად ურთიერთქმედებს იგი ჰიგსის ველთანმუდმივად დაფრინავს მასში.
და სწორედ ჰიგსის ბოზონის და უფრო კონკრეტულად მისი ველის გამოა, რომ სტანდარტულ მოდელს აქვს ნაწილაკების ამდენი მსგავსი ჯგუფი. ჰიგსის ველმა აიძულა მრავალი დამატებითი ნაწილაკის შექმნა, როგორიცაა ნეიტრინო.

შედეგები

რაც მე მითხრეს არის სტანდარტული მოდელის ბუნების ყველაზე ზედაპირული გაგება და რატომ გვჭირდება ჰიგსის ბოზონი. ზოგიერთი მეცნიერი მაინც იმედოვნებს, რომ 2012 წელს ნაპოვნი ნაწილაკი, რომელიც LHC-ში ჰიგსის ბოზონს ჰგავს, მხოლოდ სტატისტიკური შეცდომა იყო. ბოლოს და ბოლოს, ჰიგსის ველი არღვევს ბუნების ბევრ მშვენიერ სიმეტრიას, რაც ფიზიკოსების გამოთვლებს უფრო დამაბნეველს ხდის.
ზოგიერთს სჯერა, რომ სტანდარტული მოდელი თავისი ცხოვრებით ცხოვრობს. ბოლო წლებიმისი არასრულყოფილების გამო. მაგრამ ეს არ არის ექსპერიმენტულად დადასტურებული და ელემენტარული ნაწილაკების სტანდარტული მოდელი რჩება ადამიანის აზროვნების გენიალურობის ნამდვილ მაგალითად.

აზრი არ აქვს ერთი და იგივეს კეთებას და განსხვავებულ შედეგებს ველოდოთ.

ალბერტ აინშტაინი

სტანდარტული მოდელი (ელემენტარული ნაწილაკები)(ინგლისური) ელემენტარული ნაწილაკების სტანდარტული მოდელი) - თეორიული კონსტრუქცია, რომელიც არ შეესაბამება ბუნებას, რომელიც აღწერს ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების ერთ-ერთ კომპონენტს ხელოვნურად გამოყოფილი ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებად, ყველა ელემენტარული ნაწილაკების წარმოსახვით სუსტ და ჰიპოთეტურ ძლიერ ურთიერთქმედებებად. სტანდარტული მოდელი არ შეიცავს გრავიტაციას.

პირველი, მცირე გადახვევა. ელემენტარული ნაწილაკების ველის თეორია, რომელიც მოქმედებს მეცნიერების ფარგლებში, ეყრდნობა ფიზიკის მიერ დადასტურებულ საფუძველს:

• კლასიკური ელექტროდინამიკა,
• კვანტური მექანიკა,
• კონსერვაციის კანონები ფიზიკის ფუნდამენტური კანონებია.

ეს არის ფუნდამენტური განსხვავება მეცნიერულ მიდგომას შორის, რომელსაც იყენებს ელემენტარული ნაწილაკების საველე თეორია - ჭეშმარიტი თეორია მკაცრად უნდა მოქმედებდეს ბუნების კანონების ფარგლებში: სწორედ ეს არის მეცნიერება.

ბუნებაში არარსებული ელემენტარული ნაწილაკების გამოყენება, ბუნებაში არარსებული ფუნდამენტური ურთიერთქმედებების გამოგონება, ან ბუნებაში არსებული ურთიერთქმედებების შეცვლა ზღაპრულით, ბუნების კანონების იგნორირება, მათზე მათემატიკური მანიპულაციების გაკეთება (მეცნიერების გარეგნობის შექმნა) - ეს არის ზღაპრების ბევრი მეცნიერება. შედეგად, ფიზიკა მათემატიკური ზღაპრების სამყაროში გადაიჩეხა. ზღაპრულმა კვარკებმა ზღაპრული გლუონებით, ზღაპრული გრავიტონებით და "კვანტური თეორიის" ზღაპრებით (რეალობად გადმოცემული) უკვე შეაღწიეს ფიზიკის სახელმძღვანელოებში - მოვატყუოთ ბავშვები? პატიოსანი ახალი ფიზიკის მომხრეები ცდილობდნენ წინააღმდეგობის გაწევას, მაგრამ ძალები არ იყო თანაბარი. ასე იყო 2010 წლამდე ელემენტარული ნაწილაკების ველის თეორიის მოსვლამდე, როდესაც ბრძოლა ფიზიკა-მეცნიერების აღორძინებისთვის გადავიდა ღია დაპირისპირების დონეზე ნამდვილ მეცნიერულ თეორიასა და მათემატიკურ ზღაპრებს შორის, რომლებმაც ძალაუფლება მოიპოვეს ფიზიკაში. მიკროსამყარო (და არა მხოლოდ).

სურათი აღებულია მსოფლიო ვიკიპედიიდან

თავდაპირველად, ჰადრონების კვარკების მოდელი დამოუკიდებლად შემოგვთავაზეს 1964 წელს გელმანმა და ცვაიგმა და შემოიფარგლებოდა მხოლოდ სამი ჰიპოთეტური კვარკით და მათი ანტინაწილაკებით. ამან შესაძლებელი გახადა იმ დროისთვის ცნობილი ელემენტარული ნაწილაკების სპექტრის სწორად აღწერა, ლეპტონების გათვალისწინების გარეშე, რომლებიც არ ჯდებოდა შემოთავაზებულ მოდელში და ამიტომ კვარკებთან ერთად ელემენტარულად იქნა აღიარებული. ამის ფასი იყო წილადი ელექტრული მუხტების შემოღება, რომლებიც ბუნებაში არ არსებობს. შემდეგ, ფიზიკის განვითარებით და ახალი ექსპერიმენტული მონაცემების მიღებით, კვარკის მოდელი თანდათან იზრდებოდა, გარდაიქმნა, მოერგებოდა ახალ ექსპერიმენტულ მონაცემებს, საბოლოოდ გადაიქცა სტანდარტულ მოდელად. - საინტერესოა, რომ ოთხი წლის შემდეგ, 1968 წელს, დავიწყე მუშაობა იდეაზე, რომელმაც 2010 წელს კაცობრიობას მისცა ელემენტარული ნაწილაკების ველის თეორია, ხოლო 2015 წელს - ელემენტარული ნაწილაკების მიზიდულობის თეორია, გაგზავნა ფიზიკის მრავალი მათემატიკური ზღაპარი. მეოცე საუკუნის ფიზიკის განვითარების ისტორიის არქივის მეორე ნახევარი, მათ შორის ეს.

1 ელემენტარული ნაწილაკების სტანდარტული მოდელის ძირითადი დებულებები
2 სტანდარტული მოდელი და ფუნდამენტური ურთიერთქმედება
3 სტანდარტული მოდელის და ლიანდაგის ბოზონი
4 სტანდარტული მოდელი და გლუონები
5 სტანდარტული მოდელი და ენერგიის შენარჩუნების კანონი
6 სტანდარტული მოდელი და ელექტრომაგნიტიზმი
7 ელემენტარული ნაწილაკების სტანდარტული მოდელი და ველის თეორია
8 ნაწილაკი ფიზიკაში მსოფლიო ვიკიპედიის თვალით 2017 წლის დასაწყისში
9 სტანდარტული მოდელი და შეესაბამება რეალობას
21-ე საუკუნის 10 ფიზიკა: სტანდარტული მოდელი - რეზიუმე

1 ელემენტარული ნაწილაკების სტანდარტული მოდელის ძირითადი დებულებები

ვარაუდობენ, რომ მთელი მატერია შედგება 12 ფუნდამენტური ფერმიონის ნაწილაკებისაგან: 6 ლეპტონი (ელექტონი, მუონი, ტაუ ლეპტონი, ელექტრონული ნეიტრინო, მუონური ნეიტრინო და ტაუ ნეიტრინო) და 6 კვარკი (u, d, s, c, b, t).

ნათქვამია, რომ კვარკები მონაწილეობენ ძლიერ, სუსტ და ელექტრომაგნიტურ (კვანტური თეორიის გაგებით) ურთიერთქმედებებში; დამუხტული ლეპტონები (ელექტრონი, მუონი, ტაუ-ლეპტონი) - სუსტში და ელექტრომაგნიტურში; ნეიტრინო - მხოლოდ სუსტი ურთიერთქმედებისას.

ვარაუდობენ, რომ სამივე ტიპის ურთიერთქმედება წარმოიქმნება იმის შედეგად, რომ ჩვენი სამყარო სიმეტრიულია სამი ტიპის ლიანდაგის გარდაქმნების მიმართ.

ნათქვამია, რომ მოდელის მიერ შემოღებული ურთიერთქმედების ნაწილაკებია:

• 8 გლუონი ჰიპოთეტური ძლიერი ურთიერთქმედებისთვის (სიმეტრიის ჯგუფი SU(3));
• 3 მძიმე ლიანდაგის ბოზონი (W ± -ბოზონები, Z 0 -ბოზონი) ჰიპოთეტური სუსტი ურთიერთქმედებისთვის (სიმეტრიის ჯგუფი SU(2));
• 1 ფოტონი ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედებისთვის (სიმეტრიის ჯგუფი U(1)).

ვარაუდობენ, რომ ჰიპოთეტურ სუსტ ძალას შეუძლია სხვადასხვა თაობის ფერმიონების შერევა, რაც იწვევს ყველა ნაწილაკების არასტაბილურობას, გარდა მსუბუქი ნაწილაკებისა, ისევე როგორც ისეთ ეფექტებს, როგორიცაა CP დარღვევა და ჰიპოთეტური ნეიტრინოს რხევები.

2 სტანდარტული მოდელი და ფუნდამენტური ურთიერთქმედება

სინამდვილეში, ბუნებაში არსებობს შემდეგი სახის ფუნდამენტური ურთიერთქმედება, ისევე როგორც შესაბამისი ფიზიკური ველები:

ბუნებაში სხვა რეალურად არსებული ფუნდამენტური ფიზიკური ველების არსებობა, გარდა სასრულ ზღაპრული ველებისა (კვანტური „თეორიის“ ველები: გლუონი, ჰიგსის ველი და ა.), ფიზიკამ არ დაადგინა (მაგრამ მათემატიკაში შეიძლება იყოს იმდენი, რამდენიც გსურთ. ). კვანტური თეორიით პოსტულირებული ჰიპოთეტური ძლიერი და ჰიპოთეტური სუსტი ურთიერთქმედების ბუნებაში არსებობა - არ არის დადასტურებული, და გამართლებულია მხოლოდ სტანდარტული მოდელის სურვილებით. ეს ჰიპოთეტური ურთიერთქმედება მხოლოდ ვარაუდებია. - ბუნებაში არის ბირთვული ძალები, რომლებიც მცირდება (ნამდვილად ბუნებაში) ნუკლეონების ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებებამდე ატომის ბირთვებში, მაგრამ ელემენტარული ნაწილაკების არასტაბილურობა განისაზღვრება დაშლის არხების არსებობით და ნაწილის აკრძალვის არარსებობით. ბუნების კანონების შესახებ და არაფერი აქვს საერთო ზღაპრულ სუსტ ურთიერთქმედებასთან.

ბუნებაში სტანდარტული მოდელის ძირითადი ელემენტების: კვარკებისა და გლუონების არსებობა არ არის დადასტურებული. ის, რაც ექსპერიმენტებში განიმარტება ზოგიერთი ფიზიკოსის მიერ, როგორც კვარკების კვალი - იძლევა სხვა ალტერნატიული ინტერპრეტაციების საშუალებას. ბუნება ისეა მოწყობილი, რომ ჰიპოთეტური კვარკების რაოდენობა დაემთხვა ელემენტარული ნაწილაკების შიგნით ალტერნატიული ელექტრომაგნიტური ველის მდგარი ტალღების რაოდენობას. - მაგრამ ბუნებაში არ არსებობს ჰიპოთეტური კვარკების მუხტის ტოლი წილადი ელექტრული მუხტი. დიპოლური ელექტრული მუხტის სიდიდეც კი არ ემთხვევა ფიქტიური კვარკების წარმოსახვითი ელექტრული მუხტის სიდიდეს. და როგორც გესმით კვარკების გარეშე სტანდარტული მოდელი ვერ იარსებებს..

იქიდან გამომდინარე, რომ 1968 წელს სტენფორდის ხაზოვან ამაჩქარებელზე (SLAC) ღრმა არაელასტიური გაფანტვის ექსპერიმენტებში დადასტურდა, რომ პროტონებს აქვთ შიდა სტრუქტურა და შედგება სამი ობიექტისგან (ორი u- და ერთი d-კვარკი - მაგრამ ეს არ არის დადასტურებული), რომელსაც მოგვიანებით რიჩარდ ფეინმანმა უწოდა პარტონები თავისი პარტონის მოდელის ფარგლებში (1969), შეიძლება კიდევ ერთი დასკვნის გაკეთება - ექსპერიმენტებში დაფიქსირდა ტალღის ალტერნატიული ელექტრომაგნიტური ველის მუდმივი ტალღები, რომელთა ანტინოდების რაოდენობა ზუსტად ემთხვევა. ზღაპრული კვარკების (პარტონების) რაოდენობით. და მსოფლიო ვიკიპედიის ტრაბახული განცხადება, რომ „ამჟამინდელი ექსპერიმენტული ფაქტების მთლიანობა ეჭვქვეშ არ აყენებს მოდელის მართებულობას“, მცდარია.

3 სტანდარტული მოდელის და ლიანდაგის ბოზონი

• ბუნებაში ლიანდაგური ბოზონების არსებობა არ არის დადასტურებული - ეს მხოლოდ კვანტური თეორიის ვარაუდებია. (W ± -ბოზონები, Z 0 -ბოზონი) არის ჩვეულებრივი ვექტორული მეზონები, იგივე D-მეზონები.
• კვანტურ თეორიას სჭირდებოდა მის მიერ გამოთქმული ურთიერთქმედების მატარებლები. მაგრამ რადგან ასეთი ბუნება არ არსებობდა, აიღეს ბოზონებიდან ყველაზე შესაფერისი და მიენიჭა საჭირო ჰიპოთეტური ურთიერთქმედების მატარებლების უნარი.

4 სტანდარტული მოდელი და გლუონები

ფაქტია, რომ ჰიპოთეტური გლუონებით, სტანდარტული მოდელი უხერხული აღმოჩნდა.

გაიხსენეთ რა არის გლუონი - ეს არის ჰიპოთეტური ელემენტარული ნაწილაკები, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან ჰიპოთეტური კვარკების ურთიერთქმედებებზე. მათემატიკურად რომ ვთქვათ, გლუონები არიან ვექტორული ლიანდაგის ბოზონები, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან კვანტურ ქრომოდინამიკაში ჰიპოთეტურ კვარკებს შორის ჰიპოთეტურ ძლიერ ფერთა ურთიერთქმედებაზე. ამ შემთხვევაში, ვარაუდობენ, რომ ჰიპოთეტური გლუონები თავად ატარებენ ფერთა მუხტს და, შესაბამისად, არიან არა მხოლოდ ჰიპოთეტური ძლიერი ურთიერთქმედების მატარებლები, არამედ თავად მონაწილეობენ მათში. ჰიპოთეტური გლუონი არის ვექტორული ველის კვანტი კვანტურ ქრომოდინამიკაში, არ აქვს მოსვენების მასა და აქვს ერთეული სპინი (როგორც ფოტონი). გარდა ამისა, ჰიპოთეტური გლუონი არის საკუთარი ანტინაწილაკი.

ასე რომ, ამტკიცებენ, რომ გლუონს აქვს ერთეული სპინი (როგორც ფოტონი) და არის საკუთარი ანტინაწილაკი. - მაშ ასე: კვანტური მექანიკისა და კლასიკური ელექტროდინამიკის მიხედვით (და ელემენტარული ნაწილაკების ველის თეორია, რომელმაც მოახერხა მათი მუშაობა საერთო შედეგისთვის), რამაც განსაზღვრა ბუნებაში ელემენტარული ნაწილაკების სპექტრი - ჰქონდეს ერთეული სპინი (როგორიცაა ფოტონი) და იყოს თავისთვის ანტინაწილაკი, ბუნებაში მხოლოდ ერთი ელემენტარული ნაწილაკი არის ფოტონი, მაგრამ ის უკვე დაკავებულია ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედებით. ყველა სხვა ელემენტარული ნაწილაკი ერთეული სპინით არის ვექტორული მეზონები და მათი აღგზნებული მდგომარეობა, მაგრამ ეს არის სრულიად განსხვავებული ელემენტარული ნაწილაკები, რომელთაგან თითოეულს აქვს თავისი ანტინაწილაკი.

და თუ გავიხსენებთ, რომ ყველა ვექტორულ მეზონს აქვს არანულოვანი დასვენების მასა (ველის თეორიის L კვანტური რიცხვის არანულოვანი მნიშვნელობის შედეგი), მაშინ არც ერთი ვექტორული მეზონი (მთლიანი სპინის მქონე ნაწილაკები) არ არის ზღაპრული. გლუონი ნებისმიერ შემთხვევაში მოერგება. ისე, ბუნებაში აღარ არსებობს ელემენტარული ნაწილაკები ერთეული სპინით. ბუნებაში შეიძლება იყოს რთული სისტემები, რომელიც შედგება ლეპტონების, ანუ ბარიონების ლუწი რაოდენობისგან! მაგრამ ელემენტარული ნაწილაკების ასეთი წარმონაქმნების სიცოცხლე გაცილებით ნაკლები იქნება ვიდრე ზღაპრული ჰიგსის ბოზონის სიცოცხლე - უფრო სწორად, ვექტორული მეზონი. მაშასადამე, ჰიპოთეტური გლუონები ბუნებაში ვერ მოიძებნება, რამდენიც არ უნდა ეძებონ ისინი და რამდენი მილიარდი ევრო თუ დოლარი დაიხარჯება ზღაპრული ნაწილაკების ძებნაში. და თუ სადმე გაისმის განცხადება მათი აღმოჩენის შესახებ, ეს არ შეესაბამება რეალობას.

ამიტომ ბუნებაში გლუონებისთვის ადგილი არ არის.. შევქმენით ზღაპარი ძლიერი ურთიერთქმედების შესახებ, ნაცვლად იმისა, რაც სინამდვილეში არსებობს ბუნებაში ბირთვული ძალები, ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების ანალოგიით, "კვანტური თეორია" და "სტანდარტული მოდელი", დარწმუნებული იყვნენ თავიანთ უტყუარობაში, ჩიხში შეიყვანეს. - მაშ, იქნებ დროა შევწყვიტოთ და აღარ ვიჯეროთ მათემატიკური ზღაპრების.

5 სტანდარტული მოდელი და ენერგიის შენარჩუნების კანონი

ელემენტარული ნაწილაკების ურთიერთქმედების განხორციელება ვირტუალური ნაწილაკების გაცვლის გზით პირდაპირ არღვევს ენერგიის კონსერვაციის კანონს და ნებისმიერი მათემატიკური მანიპულირება ბუნების კანონებზე მეცნიერებაში მიუღებელია. ბუნება და მათემატიკის ვირტუალური სამყარო ორი განსხვავებული სამყაროა: რეალური და გამოგონილი - მათემატიკური ზღაპრების სამყარო.

გლუონები - ჰიპოთეტური კვარკების ჰიპოთეტური ძლიერი ურთიერთქმედების ჰიპოთეტური მატარებლები, რომლებსაც აქვთ არაფრისგან (ვაკუუმიდან) ახალი გლუონების შექმნის ზღაპრული უნარი (იხ. სტატია კონსენცია), ღიად უგულებელყოფენ ენერგიის შენარჩუნების კანონს.

ამრიგად, სტანდარტული მოდელი ეწინააღმდეგება ენერგიის შენარჩუნების კანონს.

6 სტანდარტული მოდელი და ელექტრომაგნიტიზმი.

სტანდარტული მოდელი, უნებურად, იძულებული გახდა ეღიარებინა მუდმივი დიპოლური ელექტრული ველების არსებობა ელემენტარულ ნაწილაკებში, რომლის არსებობაც დასტურდება ელემენტარული ნაწილაკების ველის თეორიით. იმის მტკიცებით, რომ ელემენტარული ნაწილაკები შედგება ჰიპოთეტური კვარკებისგან, რომლებიც (სტანდარტული მოდელის მიხედვით) არიან ელექტრული მუხტის მატარებლები, სტანდარტული მოდელი ამით აღიარებს პროტონის შიგნით ყოფნას, გარდა დადებითი ელექტრული მუხტის მქონე რეგიონისა, ასევე რეგიონი, რომელსაც აქვს უარყოფითი ელექტრული მუხტი და წყვილი რეგიონის არსებობა საპირისპირო ელექტრული მუხტით.მუხტები და ელექტრულად „ნეიტრალური“ ნეიტრონისთვის. გასაკვირია, რომ ამ რეგიონების ელექტრული მუხტების სიდიდეები თითქმის დაემთხვა ელემენტარული ნაწილაკების ველის თეორიიდან წარმოშობილ ელექტრული მუხტების სიდიდეებს.

ასე რომ, სტანდარტულმა მოდელმა მოახერხა საკმაოდ კარგად აღეწერა ნეიტრალური და დადებითად დამუხტული ბარიონების შიდა ელექტრული მუხტები, მაგრამ უარყოფითად დამუხტულ ბარიონებს შორის მოხდა გაუმართაობა. ვინაიდან უარყოფითად დამუხტულ ჰიპოთეტურ კვარკებს აქვთ მუხტი –e/3, სამი უარყოფითად დამუხტული კვარკი საჭიროა –e-ის მთლიანი მუხტის მისაღებად და პროტონის ელექტრული ველის ანალოგიური დიპოლური ელექტრული ველი არ იმუშავებს. რა თქმა უნდა, შეიძლებოდა ანტი-კვარკების გამოყენება, მაგრამ შემდეგ ბარიონის ნაცვლად მიიღებდნენ ანტი-ბარიონს. ასე რომ, სტანდარტული მოდელის „წარმატება“ ბარიონების ელექტრული ველების აღწერისას შემოიფარგლებოდა მხოლოდ ნეიტრალური და დადებითად დამუხტული ბარიონებით.

თუ გადავხედავთ მეზონების ჰიპოთეტურ კვარკულ სტრუქტურას ნულოვანი სპინით, მაშინ ელექტრული დიპოლური ველები მიიღება მხოლოდ ნეიტრალური მეზონებისთვის, ხოლო დამუხტული მეზონებისთვის, ელექტრული დიპოლური ველი არ შეიძლება შეიქმნას ორი ჰიპოთეტური კვარკისგან - მუხტები არ იძლევა საშუალებას. ასე რომ, მეზონების ელექტრული ველების აღწერისას ნულოვანი ტრიალით, სტანდარტული მოდელი მიღებული იყო მხოლოდ ელექტრული ველებინეიტრალური მეზონები. აქაც დიპოლური რეგიონების ელექტრული მუხტების სიდიდეები თითქმის დაემთხვა ელემენტარული ნაწილაკების ველის თეორიიდან წარმოშობილ ელექტრული მუხტების სიდიდეებს.

მაგრამ არსებობს ელემენტარული ნაწილაკების სხვა ჯგუფი, რომელსაც ეწოდება ვექტორული მეზონები - ეს არის მეზონები ერთეული სპინით, რომლებშიც თითოეულ ნაწილაკს აუცილებლად აქვს თავისი ანტინაწილაკი. ექსპერიმენტატორებმა უკვე დაიწყეს მათი აღმოჩენა ბუნებაში, მაგრამ სტანდარტული მოდელი, რათა მათ სტრუქტურასთან არ გაუმკლავდეს, ურჩევნია ზოგიერთ მათგანს მიაწოდოს მის მიერ გამოგონილი ურთიერთქმედების მატარებლები (სპინი უდრის ერთს - ეს არის ის, რაც გჭირდებათ) . აქ სტანდარტულმა მოდელმა მიიღო მხოლოდ ნეიტრალური მეზონების ელექტრული ველები, რადგან კვარკების რაოდენობა არ იცვლებოდა (მათი სპინები უბრალოდ ბრუნავდა ისე, რომ ისინი არ აკლებდნენ, არამედ ემატებოდნენ).
მოდით შევაჯამოთ შუალედური შედეგი. სტანდარტული მოდელის წარმატება ელემენტარული ნაწილაკების ელექტრული ველების სტრუქტურის აღწერისას ნახევრად უაზრო აღმოჩნდა. გასაგებია: ერთ ადგილას მორგება სხვა ადგილას შეუსაბამობით გამოვიდა.

ახლა რაც შეეხება ჰიპოთეტური კვარკების მასებს. თუ დავამატებთ ჰიპოთეტური კვარკების მასებს მეზონებში ან ბარიონებში, მივიღებთ ელემენტარული ნაწილაკების დანარჩენი მასის მცირე პროცენტს. შესაბამისად, სტანდარტული მოდელის ფარგლებშიც კი ელემენტარული ნაწილაკების შიგნით არის არა კვარკული ბუნების მასა, რომელიც ბევრად აღემატება მისი ყველა ჰიპოთეტური კვარკის მასების ჯამურ მნიშვნელობას. ამიტომ, სტანდარტული მოდელის განცხადება, რომ ელემენტარული ნაწილაკები შედგება კვარკებისგან, არ არის ჭეშმარიტი. ელემენტარული ნაწილაკების შიგნით არის უფრო ძლიერი ფაქტორები, ვიდრე ჰიპოთეტური კვარკები, რომლებიც ქმნიან ელემენტარული ნაწილაკების გრავიტაციული და ინერციული მასის ძირითად მნიშვნელობას. ელემენტარული ნაწილაკების ველის თეორიამ ელემენტარული ნაწილაკების გრავიტაციის თეორიასთან ერთად დაადგინა, რომ ამ ყველაფრის უკან დგას ტალღური პოლარიზებული ალტერნატიული ელექტრომაგნიტური ველი, რომელიც ქმნის ტალღის თვისებებიელემენტარული ნაწილაკები, რაც განსაზღვრავს მათ სტატისტიკურ ქცევას და, რა თქმა უნდა, კვანტურ მექანიკას.

კიდევ ერთი მომენტი. რატომ, ორი ნაწილაკისგან შეკრულ სისტემაში (კვარკები) ნახევრად მთელი რიცხვის სპინით, ნაწილაკების სპინები აუცილებლად უნდა იყოს ანტიპარალელური (ამის საჭიროება სტანდარტულ მოდელში მეზონების სპინის მისაღებად ჯერ არ არის კანონი. ბუნების). ურთიერთქმედება ნაწილაკების ტრიალები ასევე შეიძლება იყოს პარალელური და შემდეგ მიიღებთ მეზონის დუბლიკატს, მაგრამ ერთი ტრიალით და ოდნავ განსხვავებული დასასვენებელი მასით, რომელიც ბუნებამ ბუნებრივად არ შექმნა - მას არ აინტერესებს სტანდარტის საჭიროებები. მოდელი თავისი ზღაპრებით. ფიზიკამ იცის ურთიერთქმედება, სპინზე ორიენტირებული დამოკიდებულებით - ეს არის მაგნიტური ველების ურთიერთქმედება, ასე რომ არ უყვარს კვანტური "თეორია". ეს ნიშნავს, რომ თუ ჰიპოთეტური კვარკები ბუნებაში არსებობენ, მაშინ მათი ურთიერთქმედება მაგნიტურია (ბუნებრივია, ზღაპრული გლუონები არ მახსოვს) - ეს ურთიერთქმედება ქმნის მიმზიდველ ძალებს ნაწილაკებისთვის ანტიპარალელური მაგნიტური მომენტებით (და შესაბამისად ანტიპარალელური სპინები, თუ მაგნიტის ვექტორები მომენტი და სპინი პარალელურია) და არ იძლევა წყვილი ნაწილაკების შეკრული მდგომარეობის შექმნას პარალელური მაგნიტური მომენტებით (სპინების პარალელური ორიენტაცია), რადგან მაშინ მიზიდულობის ძალები გადაიქცევა ერთსა და იმავე უგუნურ ძალებად. მაგრამ თუ მაგნიტური მომენტების წყვილის შეკვრის ენერგია არის გარკვეული მნიშვნელობა (0,51 MeV π ± და 0,35 MeV π 0-სთვის), მაშინ თავად ნაწილაკების მაგნიტურ ველებში არის (დაახლოებით) სიდიდის ბრძანება მეტი ენერგია, და აქედან გამომდინარე, შესაბამისი მასა - მუდმივი მაგნიტური ველის ელექტრომაგნიტური მასა.

ელემენტარულ ნაწილაკებში დიპოლური ელექტრული ველების არსებობის აღიარების შემდეგ, სტანდარტულმა მოდელმა დაივიწყა ელემენტარული ნაწილაკების მაგნიტური ველები, რომელთა არსებობა ექსპერიმენტულად დადასტურდა და ელემენტარული ნაწილაკების მაგნიტური მომენტების მნიშვნელობები გაზომილია მაღალი ხარისხის სიზუსტე.

შეუსაბამობა სტანდარტულ მოდელსა და მაგნიტიზმს შორის აშკარად ჩანს პი-მეზონების მაგალითში. ასე რომ, ჰიპოთეტურ კვარკებს აქვთ ელექტრული მუხტები, რაც იმას ნიშნავს, რომ მათ ასევე აქვთ მუდმივი ელექტრული ველი და ასევე აქვთ მუდმივი მაგნიტური ველი. კლასიკური ელექტროდინამიკის კანონების მიხედვით, რომელიც ჯერ არ გაუქმებულა, ამ ველებს აქვთ შინაგანი ენერგია და, შესაბამისად, ამ ენერგიის შესაბამისი მასა. ასე რომ, დამუხტული π ± -მეზონების ჰიპოთეტური კვარკების წყვილის მუდმივი მაგნიტური ველების ჯამური მასა არის 5,1 მევ (7,6 მევ-დან), ხოლო π 0 -მეზონისთვის 3,5 მევ (4 მევ-დან). ამ მასას დავამატოთ ელემენტარული ნაწილაკების მუდმივი ელექტრული ველების ელექტრული მასა, რადგან ის ასევე განსხვავდება ნულისაგან. როდესაც მუხტების ხაზოვანი ზომები მცირდება, ამ ველების ენერგია მუდმივად იზრდება და ძალიან სწრაფად დგება მომენტი, როდესაც ჰიპოთეტური კვარკის შიდა ენერგიის მთელი 100% კონცენტრირებულია მის მუდმივ ელექტრომაგნიტურ ველებში. მაშინ რაც რჩება თავად კვარკისთვის არის პასუხი: არაფერი, რასაც ამტკიცებს ელემენტარული ნაწილაკების ველის თეორია. და, სავარაუდოდ, დაკვირვებული "ჰიპოთეტური კვარკების კვალი" გადაიქცევა ალტერნატიული ელექტრომაგნიტური ველის მდგარი ტალღების კვალში, რაც სინამდვილეში არის. მაგრამ არის ერთი მახასიათებელი: ტალღის ალტერნატიული ელექტრომაგნიტური ველის მუდმივი ტალღები, რასაც სტანდარტული მოდელი იძლევა „კვარკების“ სახით, არ შეუძლია შექმნას მუდმივი ელექტრო და მაგნიტური ველები, რაც ელემენტარულ ნაწილაკებს აქვთ). ასე რომ, მივდივართ დასკვნამდე, რომ ბუნებაში არ არსებობს კვარკები და ელემენტარული ნაწილაკები შედგება ტალღის პოლარიზებული ალტერნატიული ელექტრომაგნიტური ველისგან, ასევე მასთან დაკავშირებული მუდმივი ელექტრული და მაგნიტური დიპოლური ველებისგან, რასაც ამტკიცებს ელემენტარული ნაწილაკების ველის თეორია.

მასის მნიშვნელობებით, სტანდარტულმა მოდელმა დაადგინა, რომ ყველა პი-მეზონს აქვს ნარჩენი შიდა ენერგია, რაც შეესაბამება ელემენტარული ნაწილაკების ველის თეორიის მონაცემებს ელემენტარული ნაწილაკების შიგნით შემავალი ტალღის ალტერნატიული ელექტრომაგნიტური ველის შესახებ. მაგრამ თუ ელემენტარული ნაწილაკების შინაგანი ენერგიის (95-97)%-ზე მეტი არ არის კვარკული ხასიათისა და კონცენტრირებულია ტალღის მონაცვლეობით ელექტრომაგნიტურ ველში, ხოლო დარჩენილი (3-5)% მიეკუთვნება ჰიპოთეტურ კვარკებს, (80). -90)% კონცენტრირებულია ელემენტარული ნაწილაკების მუდმივ ელექტრულ და მაგნიტურ ველებში, მაშინ დაუსაბუთებელი მტკიცება, რომ ეს ელემენტარული ნაწილაკები შედგება ბუნებაში არ აღმოჩენილი კვარკებისგან, სასაცილოდ გამოიყურება, თვით სტანდარტული მოდელის ფარგლებშიც კი.

პროტონის კვარკული შემადგენლობა სტანდარტულ მოდელში კიდევ უფრო სავალალო აღმოჩნდა. 2 u-კვარკის და ერთი d-კვარკის საერთო მასა არის 8,81 მევ, რაც პროტონის დასვენების მასის 1 პროცენტზე ნაკლებია (938,2720 მევ). ანუ, პროტონის 99 პროცენტს აქვს რაღაც, რაც ქმნის მის მთავარ გრავიტაციულ და ინერციულ მასას ბირთვულ ძალებთან ერთად და ეს არ არის დაკავშირებული კვარკებთან, მაგრამ ჩვენ, უკეთესი გამოყენების ღირსი დაჟინებით, კვლავ გვეუბნებიან ფსევდომეცნიერულ ზღაპარს, რომ პროტონი სავარაუდოდ შედგება კვარკებისგან, რომლებიც ბუნებაში არასოდეს ყოფილა ნაპოვნი, მიუხედავად ყველა ძალისხმევისა და დახარჯული ფინანსური რესურსისა და მათ უნდათ, რომ ჩვენ დავიჯეროთ ეს თაღლითობა. – მათემატიკას შეუძლია ნებისმიერი ზღაპრის შედგენა და „მეცნიერების“ „უმაღლეს“ მიღწევად გადმოცემა. კარგად, თუ იყენებთ მეცნიერებას, მაშინ პროტონის ველების გამოთვლების მიხედვით, ველის თეორიის გამოყენებით, მისი მუდმივი ელექტრული ველი შეიცავს 3,25 მევ ენერგიას, ხოლო ჰიპოთეტური კვარკების მასის დანარჩენი ენერგია ნასესხებია ბევრისგან. პროტონის უფრო ძლიერი მუდმივი მაგნიტური ველი, რომელიც ქმნის მის ბირთვულ ძალებს.

7 ელემენტარული ნაწილაკების სტანდარტული მოდელი და ველის თეორია

• ელემენტარული ნაწილაკების ველის თეორია უარყოფს ბუნებაში არ აღმოჩენილ კვარკებს და გლუონებს, უარყოფს ჰიპოთეტური ძლიერი და სუსტი ურთიერთქმედებების არსებობას (კვანტური თეორიის მიხედვით) და უნიტარული სიმეტრიის შესაბამისობას რეალობასთან.
• ტაუ ლეპტონი არის მიონის აღგზნებული მდგომარეობა, ხოლო მისი ნეიტრინო არის მუონური ნეიტრინოს აღგზნებული მდგომარეობა.
• (W ± -ბოზონები, Z 0 -ბოზონები) არის ჩვეულებრივი ვექტორული მეზონები და არ არიან ურთიერთქმედების მატარებლები, რომლებიც დაკავშირებულია ენერგიის შენარჩუნების კანონის, ისევე როგორც ბუნების სხვა კანონების იგნორირებასთან.
• ფოტონი ბუნებაში მხოლოდ რეალურ მდგომარეობაში არსებობს. ელემენტარული ნაწილაკების ვირტუალური მდგომარეობა ბუნების კანონების მათემატიკური მანიპულირებაა.
• ბირთვული ძალები ძირითადად მცირდება ახლო ზონაში ნუკლეონების მაგნიტური ველების ურთიერთქმედებებამდე.
• არასტაბილური ელემენტარული ნაწილაკების დაშლის მიზეზები ემყარება დაშლის არხების არსებობას და ბუნების კანონებს. ელემენტარული ნაწილაკი, ატომის ან მისი ბირთვის მსგავსად, მიდრეკილია ყველაზე დაბალი ენერგიის მდგომარეობისკენ - მხოლოდ მისი შესაძლებლობები განსხვავებულია.
• ეგრეთ წოდებული "ნეიტრინოს რხევები", უფრო სწორად, რეაქციები, დაფუძნებულია მათ მოსვენებულ მასებში განსხვავებაზე, რაც იწვევს უფრო მძიმე მიონური ნეიტრინოს დაშლას. ზოგადად, ერთი ელემენტარული ნაწილაკის მეორეში ზღაპრული ტრანსფორმაცია ეწინააღმდეგება ელექტრომაგნიტიზმის კანონებს და ენერგიის შენარჩუნების კანონს. - სხვადასხვა ტიპის ნეიტრინოებს აქვთ კვანტური რიცხვების სხვადასხვა ნაკრები, რის შედეგადაც ისინი ელექტრომაგნიტური ველებიგანსხვავდებიან, მათ აქვთ მთლიანი შიდა ენერგიის განსხვავებული მნიშვნელობა და, შესაბამისად, დანარჩენი მასის განსხვავებული მნიშვნელობა. სამწუხაროდ, ბუნების კანონებით მათემატიკური მანიპულირება მე-20 საუკუნის ზღაპრის თეორიებისა და ფიზიკის მოდელების ნორმად იქცა.

8 ნაწილაკი ფიზიკაში მსოფლიო ვიკიპედიის თვალით 2017 წლის დასაწყისში

ასე გამოიყურება ნაწილაკები ფიზიკაში მსოფლიო ვიკიპედიის თვალსაზრისით:

ამ სურათზე ორიოდე ფერი გადავაფარე, რომელიც რეალობად არის გადაცემული, რადგან მას დამატებები სჭირდება. მწვანეშირაც ხაზგასმულია არის ის, რაც მართალია. ცოტათი აღმოჩნდა, მაგრამ ეს არის ყველაფერი, რაც საიმედოდ იქნა ნაპოვნი. უფრო ღია ფერი ხაზს უსვამს იმას, რაც ასევე ბუნებაშია, მაგრამ ისინი ცდილობენ ის ჩვენში სხვაგვარად შეაბერონ. ისე, ყველა უფერო ქმნილება არის ზღაპრების სამყაროდან. ახლა კი თავად დამატებები:

• ის ფაქტი, რომ ბუნებაში არ არსებობს კვარკები - თავად სტანდარტული მოდელის მომხრეებს არ სურთ იცოდნენ, ყველა ახალ ზღაპრებს გვიტყუებენ ექსპერიმენტებში კვარკების უხილავობის "დასაბუთებლად".
• ლეპტონების ძირითადი მდგომარეობებიდან, ელემენტარული ნაწილაკების ველის თეორიის მიხედვით, ბუნებაში არსებობს მხოლოდ მიონის მქონე ელექტრონი შესაბამისი ნეიტრინოებით და ანტინაწილაკებით. ტაუ ლეპტონის სპინის მნიშვნელობა, რომელიც უდრის 1/2-ს, ჯერ კიდევ არ ნიშნავს, რომ ეს ნაწილაკი ლეპტონების ძირითად მდგომარეობებს მიეკუთვნება - მათ უბრალოდ აქვთ იგივე სპინები. ისე, თითოეული ელემენტარული ნაწილაკისთვის აღგზნებული მდგომარეობების რაოდენობა უსასრულობის ტოლია - ელემენტარული ნაწილაკების ველის თეორიის შედეგი. ექსპერიმენტატორებმა უკვე დაიწყეს მათი აღმოჩენა და აღმოაჩინეს სხვა ელემენტარული ნაწილაკების მრავალი აღგზნებული მდგომარეობა, გარდა ტაუ ლეპტონისა, მაგრამ თავად მათ ეს ჯერ არ გაუგიათ. კარგი, ის ფაქტი, რომ ზოგიერთისთვის ელემენტარული ნაწილაკების ველის თეორია, ისევე როგორც ძვალი ყელში, მოითმენს და კიდევ უკეთესი, თუ ისინი ხელახლა ისწავლიან.
• ბუნებაში არ არსებობს ლიანდაგი ბოზონები - ბუნებაში არის მხოლოდ ელემენტარული ნაწილაკები ერთეული სპინით: ეს არის ფოტონი და ვექტორული მეზონები (რომლებიც მათ მოსწონთ ზღაპრული ურთიერთქმედების მატარებლებად გადაცემა, მაგალითად, "სუსტი" ურთიერთქმედების) მათი აღგზნებული მდგომარეობებით. , ისევე როგორც მეზონების პირველი აღგზნებული მდგომარეობა.
• ზღაპრული ჰიგსის ბოზონები ეწინააღმდეგება ელემენტარული ნაწილაკების გრავიტაციის თეორიას. ჩვენ ჰიგსის ბოზონის საფარქვეშ ვცდილობთ ვექტორული მეზონის აფეთქებას.
• ფუნდამენტური ნაწილაკები ბუნებაში არ არსებობს - მხოლოდ ელემენტარული ნაწილაკები არსებობენ ბუნებაში.
• სუპერპარტნიორები ასევე არიან ზღაპრების სამყაროდან, ისევე როგორც სხვა ჰიპოთეტური ფუნდამენტური ნაწილაკები. დღეს ზღაპრების ბრმად არ შეიძლება დაიჯერო, მიუხედავად ავტორის სახელისა. თქვენ შეგიძლიათ გამოიგონოთ ნებისმიერი ნაწილაკი: დირაკის "მაგნიტური მონოპოლი", პლანკის ნაწილაკი, პარტონი, სხვადასხვა ტიპის კვარკები, მოჩვენებები, "სტერილური" ნაწილაკები, გრავიტონი (გრავიტინო)... - ეს მხოლოდ ნულოვანი მტკიცებულებაა. - ნუ მიაქცევთ ყურადღებას მეცნიერების მიღწევისთვის გაცემულ ფსევდომეცნიერულ დუმს.
• ბუნებაში არის რთული ნაწილაკები, მაგრამ ისინი არ არიან ბარიონები, ჰიპერონები და მეზონები. - ეს ატომებია. ატომის ბირთვები, ბარიონული მატერიის იონები და მოლეკულები, აგრეთვე ელექტრონული ნეიტრინოების ნაერთები, რომლებიც გიგანტური რაოდენობით გამოიყოფა ვარსკვლავების მიერ.
• ელემენტარული ნაწილაკების ველის თეორიის მიხედვით, ბუნებაში უნდა არსებობდეს ბარიონების დაჯგუფებები ნახევრად მთელი რიცხვის სპინის სხვადასხვა მნიშვნელობებით: 1/2, 3/2, 5/2, 7/2, .... მინდა. ექსპერიმენტატორებმა წარმატებას მიაღწიეს დიდი ტრიალების მქონე ბარიონების აღმოჩენაში.
• მეზონები იყოფა მარტივ (ნულოვანი სპინით) მათი აღგზნებული მდგომარეობებით (ისტორიულად უწოდებენ რეზონანსებს) და ვექტორებად (მთლიანი სპინით). ფიზიკამ უკვე დაიწყო ბუნებაში ვექტორული მეზონების აღმოჩენა, მიუხედავად იმისა, რომ ექსპერიმენტატორებს შორის მათ მიმართ შესამჩნევი ინტერესი არ არის.
• ხანმოკლე ხელოვნურად შექმნილი ეგზოტიკური ატომები, რომლებშიც ელექტრონი შეცვალა სხვა, უფრო მასიური ელემენტარული ნაწილაკით - ეს არის "მხიარული ფიზიკოსების" სამყაროდან. და მათ არ აქვთ ადგილი მეგასამყაროში.
• ბუნებაში არ არსებობს ეგზოტიკური ჰადრონები, რადგან ბუნებაში არ არსებობს ძლიერი ურთიერთქმედება (მაგრამ არის უბრალოდ ბირთვული ძალები და ეს განსხვავებული ცნებებია) და, შესაბამისად, ბუნებაში არ არსებობს ჰადრონები, მათ შორის ეგზოტიკურიც.

ნებისმიერი ნაწილაკი შეგიძლია გამოიგონო, როგორც ფსევდოთეორიის საყრდენი, შემდეგ კი გადასცე "მეცნიერების" ტრიუმფად, მხოლოდ ბუნებას ეს არ აინტერესებს.

დღეს ცხადია, რომ შეუძლებელია ვიკიპედიაში მდებარე ელემენტარული ნაწილაკების შესახებ ინფორმაციის ნდობა. ჭეშმარიტად სანდო ექსპერიმენტულ ინფორმაციას, მათ დაამატეს აბსტრაქტული თეორიული კონსტრუქციების უსაფუძვლო განცხადებები, რომლებიც წარმოადგენდნენ მეცნიერების უმაღლეს მიღწევებს, მაგრამ სინამდვილეში ჩვეულებრივ მათემატიკური ზღაპრები. მსოფლიო ვიკიპედია დაიწვა ბრმა ნდობამ გამომცემლების ინფორმაციის მიმართ, რომლებიც ფულს შოულობენ მეცნიერებაში, იღებენ სტატიებს პუბლიკაციისთვის ავტორების ფულით - ამიტომ ქვეყნდება ვისაც ფული აქვს და არა ვისაც აქვს მეცნიერების განვითარების იდეები. ეს არის ის, რაც ხდება, როდესაც მეცნიერები გლობალურ ვიკიპედიაში განდევნილები არიან და სტატიების შინაარსს არ აკონტროლებენ სპეციალისტები. მათემატიკური ზღაპრების მხარდამჭერები ზიზღით უწოდებენ თავიანთ დოგმებთან ბრძოლას "ალტერნატივიზმს", ავიწყდებათ, რომ მე -20 საუკუნის დასაწყისში მიკროკოსმოსის ფიზიკა წარმოიშვა, როგორც ალტერნატივა მაშინდელი გაბატონებული ილუზიების. მიკროსამყაროს შესწავლისას ფიზიკამ ბევრი ახალი რამ აღმოაჩინა, მაგრამ ნამდვილ ექსპერიმენტულ მონაცემებთან ერთად, აბსტრაქტული თეორიული კონსტრუქციების ნაკადი ასევე შევიდა ფიზიკაში, სწავლობდა რაღაც საკუთარს და წარმოადგენდა მეცნიერების უმაღლეს მიღწევას. შესაძლოა, ამ თეორიული კონსტრუქციებით შექმნილ ვირტუალურ სამყაროში მათ მიერ გამოგონილი „ბუნების კანონები“ მუშაობს, მაგრამ ფიზიკა სწავლობს თავად ბუნებას და მის კანონებს და მათემატიკოსებს შეუძლიათ გაერთონ როგორც უნდათ. დღეს 21-ე საუკუნის ფიზიკა უბრალოდ ცდილობს გაწმინდოს თავი მე-20 საუკუნის ილუზიებისა და თაღლითებისგან..

9 სტანდარტული მოდელი და შეესაბამება რეალობას

სიმების თეორეტიკოსები, რომლებიც ადარებენ მას სტანდარტულ მოდელს და აწარმოებენ კამპანიას სიმების თეორიისთვის, ამტკიცებენ, რომ სტანდარტულ მოდელს აქვს 19 თავისუფალი პარამეტრი ექსპერიმენტული მონაცემების მოსარგებად.

რაღაც აკლიათ. როდესაც სტანდარტულ მოდელს ჯერ კიდევ კვარკის მოდელს ეძახდნენ, მისთვის საკმარისი იყო მხოლოდ 3 კვარკი. მაგრამ როგორც განვითარდა, სტანდარტულ მოდელს სჭირდებოდა კვარკების რიცხვის გაზრდა 6-მდე (ქვედა, ზედა, უცნაური, მომხიბვლელი, საყვარელი, ჭეშმარიტი) და ყოველი ჰიპოთეტური კვარკი ასევე დაჯილდოვებული იყო სამი ფერით (r, g, b) - ჩვენ მიიღეთ 6 * 3 = 18 ჰიპოთეტური ნაწილაკი. მათ ასევე სჭირდებოდათ 8 გლუონის დამატება, რომლებიც უნდა ყოფილიყო დაჯილდოვებული უნიკალური უნარით, სახელწოდებით „შეზღუდვა“. 18 ზღაპრული კვარკი პლუს 8 ზღაპრული გლუონი, რომელთათვისაც ბუნებაში ადგილი არ იყო - ეს უკვე 26 გამოგონილი ობიექტია, გარდა 19 უფასო მორგების პარამეტრისა. – მოდელი გაიზარდა ახალი გამოგონილი ელემენტებით, რათა მოერგოს ახალ ექსპერიმენტულ მონაცემებს. მაგრამ ფერიების კვარკებისთვის ფერების შემოღება საკმარისი არ აღმოჩნდა და ზოგიერთმა უკვე დაიწყო საუბარი რთული სტრუქტურაკვარკები.

კვარკის მოდელის სტანდარტულ მოდელად გარდაქმნა არის რეალობასთან შეგუების პროცესი, რათა თავიდან ავიცილოთ გარდაუვალი კოლაფსი, რაც გამოიწვევს ლაგრანგის გადაჭარბებულ ზრდას:

და რაც არ უნდა აშენდეს სტანდარტული მოდელი ახალი "უნარებით", ის არ გახდება მეცნიერული აქედან - საფუძველი ყალბია.

10 21-ე საუკუნის ფიზიკა: სტანდარტული მოდელი - რეზიუმე

სტანდარტული მოდელი (ელემენტარული ნაწილაკების) მხოლოდ ჰიპოთეტური კონსტრუქციაა, რომელიც კარგად არ შეესაბამება რეალობას, მიუხედავად იმისა, თუ როგორ მორგებულია:

• ჩვენი სამყაროს სიმეტრია სამი ტიპის ლიანდაგის გარდაქმნების მიმართ არ არის დადასტურებული;
• კვარკები ბუნებაში არ გვხვდება რაიმე ენერგიით - ბუნებაში კვარკები არ არსებობს;
• გლუონები ბუნებაში საერთოდ ვერ იარსებებს.;
• ბუნებაში სუსტი ურთიერთქმედების არსებობა დადასტურებული არ არის და ბუნებას ეს არ სჭირდება;
• გამოიგონეს ძლიერი ძალაბირთვული ძალების ნაცვლად (ფაქტობრივად ბუნებაში);
• ვირტუალური ნაწილაკები ეწინააღმდეგება ენერგიის შენარჩუნების კანონს- ბუნების ფუნდამენტური კანონი;
• ბუნებაში ლიანდაგიანი ბოზონების არსებობა დადასტურებული არ არის - ბუნებაში უბრალოდ ბოზონები არსებობენ.

იმედი მაქვს, ნათლად ხედავთ: რა საძირკველზეა აგებული სტანდარტული მოდელი.

არ არის ნაპოვნი, არ არის დადასტურებული და ა.შ. ეს არ ნიშნავს რომ ის ჯერ არ არის ნაპოვნი და ჯერ არ არის დადასტურებული - ეს ნიშნავს, რომ არ არსებობს მტკიცებულება ბუნებაში სტანდარტული მოდელის ძირითადი ელემენტების არსებობის შესახებ. ამრიგად, სტანდარტული მოდელი ეფუძნება ცრუ საფუძველს, რომელიც არ შეესაბამება ბუნებას. ამიტომ, სტანდარტული მოდელი ფიზიკაში შეცდომაა. სტანდარტული მოდელის მხარდამჭერებს სურთ, რომ ადამიანებს განაგრძონ სტანდარტული მოდელის ზღაპრების სჯეროდნენ, წინააღმდეგ შემთხვევაში მათ მოუწევთ ხელახლა ისწავლონ. ისინი უბრალოდ იგნორირებას უკეთებენ სტანდარტული მოდელის კრიტიკას და თავიანთ აზრს წარმოადგენენ, როგორც მეცნიერების გამოსავალს. მაგრამ როდესაც მცდარი წარმოდგენები ფიზიკაში კვლავ იმეორებს, მიუხედავად მათი შეუსაბამობისა დადასტურებული მეცნიერების მიერ, მცდარი წარმოდგენები ფიზიკაში გადაიქცევა თაღლითობაში ფიზიკაში.

სტანდარტული მოდელის მთავარი მფარველი, დაუდასტურებელი მათემატიკური ვარაუდების კრებული (უბრალოდ რომ ვთქვათ, მათემატიკური ზღაპრების კრებული, ან აინშტაინის მიხედვით) ასევე შეიძლება მივაწეროთ მცდარ წარმოდგენებს ფიზიკაში: გიჟური იდეების ერთობლიობა, რომელიც შედგენილია აზრების არათანმიმდევრული ნარჩენებისგან") სახელწოდებით "კვანტური თეორია", რომელსაც არ სურს გათვალისწინება ბუნების ფუნდამენტურ კანონთან - ენერგიის შენარჩუნების კანონთან. სანამ კვანტური თეორია აგრძელებს ბუნების კანონების შერჩევით გათვალისწინებას და მათემატიკურ მანიპულაციებს, მისი მიღწევები ძნელად მიეწერება მეცნიერულს.მეცნიერული თეორია მკაცრად უნდა მოქმედებდეს ბუნების კანონების ფარგლებში, ან დაამტკიცოს მათი უზუსტობა, წინააღმდეგ შემთხვევაში ის მეცნიერების ფარგლებს სცილდება.

ერთ დროს სტანდარტული მოდელი გარკვეულ პოზიტიურ როლს თამაშობდა მიკროსამყაროზე ექსპერიმენტული მონაცემების დაგროვებაში - მაგრამ ეს დრო დასრულდა. კარგი, ვინაიდან ექსპერიმენტული მონაცემები იქნა მიღებული და გრძელდება სტანდარტული მოდელის გამოყენებით, ჩნდება კითხვა მათი სანდოობის შესახებ. აღმოჩენილი ელემენტარული ნაწილაკების კვარკულ შემადგენლობას არაფერი აქვს საერთო რეალობასთან. - შესაბამისად, სტანდარტული მოდელის გამოყენებით მიღებული ექსპერიმენტული მონაცემები საჭიროებს დამატებით გადამოწმებას, მოდელის ჩარჩოს მიღმა.

მეოცე საუკუნეში დიდი იმედები ამყარეს სტანდარტულ მოდელზე, იგი წარმოდგენილი იყო მეცნიერების უმაღლეს მიღწევად, მაგრამ დასრულდა მეოცე საუკუნე და მასთან ერთად ფიზიკაში ბატონობის დრო კიდევ ერთი მათემატიკური ზღაპრის, რომელიც ცრუ საფუძველზე იყო აგებული. , სახელწოდებით: "ელემენტარული ნაწილაკების სტანდარტული მოდელი". დღეს, სტანდარტული მოდელის შეცდომას არ ამჩნევენ ისინი, ვისაც არ სურს მისი შემჩნევა.

ვლადიმერ გორუნოვიჩი