Hiqqs bozonu

Vikipediya, açıq ensiklopediya
Keçid et: naviqasiya, axtar
İki proton şüasının toqquşmasından yaranan partlayışın rəsmi

Hiqqs bosonu fərziyyəyə görə başqa hissəciklərə kütlə verən hissəcikdir.

Bosonlar qarşılıqlı təsir qüvvələrinin daşıyıcıları olan hissəciklərdir. Məsələn, bosonlardan biri olan foton – işıq hissəciyidir və o, elektromaqnit güvvəsinin (qarşılıqlı təsirinin) keçiricisi və daşıyıcısıdır. Fundamental qüvvələrin daşıyıcısı olan bu hissəciklər Hindistanlı fizik Satyendranat Bose-nin şərəfinə adlandırılmışlar.

Hiqs bosonu və ya Hiqs hissəciyi Britaniyalı fizik Peter Higgs-in şərəfinə adlandırılmışdır.

Bu hissəcik gündəlik mətbuatda “Tanrının hissəciyi” də alnadırılır. Bu ifadənin hissəciklər fizikasına aidiyyəti yoxdur. İfadə jurnalistlər tərəfindən həvəslə qarşılandı və işlənir, ona görə ki, “Tanrı kimi bu hissəcik də çox güclüdür, hər yerdə mövcuddur, lakin tapılması çətindir”.[1]

Hiqqs sahəsi və onun daşıyıcısı[redaktə]

1964-cü ildə Peter Higgs hissəciklərə kütlə verən bir sahənin olması fərziyyəsini irəli sürdü. Təqribən həmin vaxtlarda Belçikalı fiziklər Robert Brout, Francois Englert və onlardan başqa daha üç fizik ( Gerald Guralnik, Carl Hagen, Tom Kibble) apardıqları tədqiqatlarda oxşar nəticəyə gəldilər. Hələ ki ancaq fərziyyəyə əsaslanan (hipotetik) bu sahə Hiqqs sahəsi adlandırıldı. Sonradan P. Higgs öz hesablamaları üzərində düzəliş apararkən o, həmin sahənin daşıyıcısı kimi kütləyə malik bosonun mövcud ola biləcəyi ideyasına gəldi. Bu hissəciyə Hiqqs bosonu və ya Hiqqs hissəciyi adı verildi.[2]

Hipotezə görə Hiqqs bosonu yüksüz, spin-0 hissəcikdir və o, kütləyə malikdir. Lakin onun kütləsi haqqında dəqiq fikir yoxdur.

Standart Model nəzəriyyəsi ancaq bir növ Hiqqs hissəciyindən bəhs edir. Lakin başqa nəzəriyyələrə görə bir neçə növ Hiqqs hissəciyi ola bilər.[3]

Hiqqs bosonunun zəruriyyətinin səbəbi[redaktə]

Hiqqs bosonunun empirik tapılması hissəciklər fizikasında bir çox məsələlərin izah edilməsinə kömək edə bilər.

Simmetriya anlayışı[redaktə]

Standart Model çərçivəsində indiyə qədər aşkar edilmiş elementar hissəciklər sistemində müəyyən simmetriya var. Məsələn, yüksək enerjilərdə elektromaqnetik qüvvə və zəif nüvə qüvvəsi eyni davranış nümayiş etdirirlər. Bu zaman onları eyni bərabərliklər sistemi ilə ifadə etmək olur. Aşağı enerjilərdə isə bu iki qüvvənin davranışı fərqlənir. Beləliklə simmetriya sınmış olur[4] (ingiliscə, broken symmetry — sınmış simmetriya).
Simmetriya tələb edir ki, qarşılıqlı təsir qüvvəsi daşıyıcıları kütləsiz olsunlar. Foton, qluon, qraviton (hələki hesablamalarda mövcud olan) bu tələbə cavab verirlər.
Yeni tədqiqatlarda əldə edilən nəticələr bu simmetriyaya tabe olmadıqda bunun səbəbi araşdırılır.

Elektrozəif qüvvəsinin kəşfi[redaktə]

Hissəciklər fizikasında bir çox hissəciklər, sahələr empirik olaraq aşkar edilməmişdən bir neçə il əvvəl ayrı ayrı fiziklər tərəfindən teoretik olaraq aşkar edilir və qabaqcadan xəbər verilir.

1967-ci ildə Abdus SalamSteven Weinberg bir birindən asılı olmadan elektromaqnetik qüvvəninzəif nüvə qüvvəsinin eyni prinsiplərə söykəndiyini kəşf etdilər və bu yeniliyi riyazi ifadə etdilər. Sheldon Glashow alınmış formulaları ümumiləşdirdi və bu səyin nəticəsində elektrozəif qarşılıqlı təsir nəzəriyyəsi yarandı.
Hesablamalar göstərdi ki, zəif qüvvənin daşıyıcıları olan bosonlar, elektromaqnetizm qüvvəsinin daşıyıcısı olan fotondan fərqli olaraq kütləyə malikdirlər. Beləliklə simmetriya sınmış oldu.
Zəif qüvvənin daşıyıcıları olan W, W+Z bosonları 1983-cü ildə kəşf edildi və onların kütləyə malik olduqları aşkarlandı.[4]
Fiziklər elektrozəif qüvvənin daşıyıcılarının simmetriya qanununa tabe olmamasının səbəbini aydınlaşdırmağa çalışdılar. Peter Higgs-in təklif etdiyi – hissəciklərə kütlə verən sahə (Hiqqs sahəsi) və hissəcik (Hiqqs hissəciyi) qoyulmuş suala cavab ola bilərdi.
Beləliklə yeni hipotez irəli sürüldü:

  • W±, Z bosonları bütün kainatda mövcud olan, lakin gözəgörünməz Hiqqs sahəsindən keçərkən kütlə qazanırlar.

Hipotezi təsdiq etmək üçün fiziklər eksperimental olaraq Hiqqs hissəciyini axtarmağa başladılar.[5]

Hiqqs bosonunun aşkarlanması kütlənin mənşəyi, Kainatın yaranışı ilə bağlı suallara cavab tapılmasını asanlaşdıra bilər.

CERN — LHC təcrübələri[redaktə]

Avropa Nüvə Tədqiqatları Mərkəzi (fransızca, Conseil Européen pour la Recherche NucléaireCERN) 1954-cü ildə yaradılmışdır və fundamental hissəciklərin mənşəyini öyrənməklə məşğuldur. Bu məqsəd üçün CERN-də müxtəlif gücə malik akseleratorlardetektorlar quraşdırılmışdır.
Akseleratorlardan sonuncusu, 10 sentyabr 2008-ci ildə quraşdırılmış Böyük Hadron ToqquşdurucusuBHT (Large Hadron ColliderLHC) əvvəlkilərdən daha böyük gücə malikdir. BHT Fransaİsveçrə sərhədinin altında 50–175 m dərinlikdə 27 km uzunluğa malik halqavari tuneldə yerləşir. [6]

Akseleratorun iş prinsipi[redaktə]

Akselerator subatomik hissəcikləri sürətləndirən qurğudur (ingiliscə, accelerator — sürətləndirici).
Hissəciklər akseleratorun borusunda yüksək dərəcəli vakuum şəraitində hərəkət edərək sürətlənirlər.

Təcrübə üçün əvvəlcə hidrogen atomlarından elektronu çıxarırlar. Sonra alınmış protonları akseleratorlar kompleksindən keçirərək onların sürətini artırırlar. Əvvəlcə protonlar aşağı gücə malik akseleratorlardan keçirlər və onların sürəti tədricən artır. Sonda protonlar BHT akseleratoruna daxil olurlar. Burada onlar işıq sürətinə (saniyədə 299,792,458 metr[7] və ya təqribən 300,000,000 m/s) yaxın sürət alırlar.
Yüksək sürətli hissəciklərdən ibarət proton şüası Eynşteynin E=mc2 formuluna uyğun olaraq böyük enerji qazanır (E — enerji, m — kütlə, c — işıq sürəti).[4]
BHT-də proton şüası ikiyə ayrılaraq bir birinə əks istiqamətlənmiş iki halqavari boruya daxil olur. BHT-də protonların enerjisi 4 TeV olur. [8]

Detektorun iş prinsipi[redaktə]

ATLAS detektorunun sxematik rəsmi

Təcrübənin növbəti mərhələsində işıq sürətinə yaxın sürət almış iki proton şüası toqquşdurulur. Bu toqquşma detektor adlanan böyük ölçülü qurğunun içində baş verir. Bu toqquşmadan çox saylı hissəciklər meydana gəlir və səpələnir (ingiliscə, scatter — səpələnmək).

Toqquşmadan yaranan (səpələnən) hissəciklər detektorun daxilində yerləşən elektromaqnitlər vasitəsilə istiqamətləndirilir. Detektorda yerləşən müxtəlif qurğular hissəciklərin sürətini, kütləsiniyükünü ölçürlər.
Detektorun içərisində bir neçə kiçik detektorlar yerləşdirilmişdir ki, onlar müəyyən tipli hissəciklərin aşkarlanmasına istqamətləndirilmişlər. Belə detektorlar konkret hipotetik hissəciklərin aşkar edilməsini asanlaşdırır.[9]

CERN təcrübələrində dörd detektordan istifadə edilir: ALICE, ATLAS, CMS və LHCb.
BHT akseleratoru həyata keçirdiyi əməliyyata uyğun olaraq Böyük Hadron Toqquşdurucusu (ingiliscə, Large Hadron Collider – LHC) adlanır (proton hadronlar qrupuna aid hissəcikdir, ingiliscə collide — toqquşmaq deməkdir).

Yığılan məlumatların emalı[redaktə]

Vacib məlumatlar toplandıqdan sonra onların emal edilməsi prosesi başlayır. Bununla CERN-də çalışan fiziklərlə yanaşı GRID sisteminə qoşulmuş fiziklər də məşğul olur.
GRID — təcrübələrdə əldə edilən çox böyük miqdarda məlumatın (təqribən 15 petabayt, yəni 15 million giqabayt) emal edilməsi üçün nəzərdə tutulmuş internet — kompyuter şəbəkəsidir. GRID (tam adı Worldwide LHC Computing Grid) "paylanmış hesablama infrastrukturdur".[10] Gridin (ingiliscə, grid — şəbəkə, tor) məqsədi müxtəlif ölkələrdən olan fiziklərə öz ölkələrindən internet vasitəsilə CERN-də aparılan təcrübələri izləmək və yeni biliklərin qazanılmasında əməkdaşlıq etmək imkanı verməkdir. Son məlumatlara görə WLCG 36 ölkədən 170 kompyuter (hesablama) mərkəzini birləşdirir.

CERN təcrübələrinin nəticələri[redaktə]

BHT quraşdırıldıqdan sonra CERN Hiqqs hissəciyinin tapılmasına istiqamətlənmiş təcrübələrin mərkəzi oldu. Hiqqs hissəciyinin arayışı bir neçə il davam etdi. 2012-ci il 4 iyul tarixdə CERN elan etdi ki, təcrübələrdə Hiqqs bosonunun göstəricilərinə uyğun, kütləsi təqribən 126 GeV/c2 olan hissəcik aşkarlanmışdır. Lakin onun Hiqqs bosonu olduğuna əmin olmaq üçün əlavə tədqiqatlara ehtiyac var.[11]

2013-cü il 14 mart tarixində CERN mətbuat ofisinin yaydığı məlumata görə aparılan əlavə tədqiqatlar göstərir ki, tapılmış hissəciyin Hiqqs bosonu olması ehtimalı artır. Bu hissəciyin axtarılan hissəciyə daha çox uyğun olduğu aydınlaşır. Məsələn, hipotezə görə Hiqqs bosonu spinə malik olmamalıdır. Tapılmış hissəcik spin-0 hissəcikdir. Bu uyğunluğa baxmayaraq yenə də, aşkarlanmış hissəciyin Hiqqs bosonu və ya başqa nəzəriyyələrə aid hipotetik hissəcik olduğunu demək çətindir.[12]

2013-cü il 8 oktyabr-da Peter Higgs və Belçika fiziki François Englert (Fransua Anqler)

subatom hissəciklərin kütləsinin mənşəyini başa düşməyimizə kömək edən və yaxınlarda CERN-in Böyük Hadron Kollayderində ATLAS və CMS təcrübələri vasitəsilə qabaqcadan xəbər verilmiş fundamental hissəciyin tapılması ilə təsdiq edilmiş mexanizmin nəzəri kəşfinə görə

2013-cü il fizika üzrə Nobel mükafatına layiq görüldülər.[13]

Həmçinin bax[redaktə]

İstinadlar[redaktə]

  1. "What is the 'God particle'?". ABS-CBN news. 07/04/2012. http://www.abs-cbnnews.com/global-filipino/world/07/04/12/what-god-particle. İstifadə tarixi: 2013-03-16. 
  2. Erik Gregersen (2013). "Peter Higgs". Encyclopædia Britannica. http://www.britannica.com/EBchecked/topic/265081/Peter-Higgs. İstifadə tarixi: 2013-03-22. 
  3. B. Martin (2006). Nuclear and Particle Physics. Wiley. ISBN 0-470-01999-9.
  4. 4,0 4,1 4,2 J. Gribbin (1999). Q is for Quantum: An Encyclopedia of Particle Physics. The Free Press. ISBN 0-684-85578-X.
  5. "The Higgs boson". CERN Accelerating science. http://home.web.cern.ch/about/physics/search-higgs-boson. İstifadə tarixi: 2013-03-16. 
  6. "Large Hadron Collider (LHC)". Encyclopædia Britannica. 2013. http://www.britannica.com/EBchecked/topic/330540/Large-Hadron-Collider-LHC. İstifadə tarixi: 2013-03-21. 
  7. "Light". Encyclopædia Britannica. 2013. http://www.britannica.com/EBchecked/topic/340440/light. İstifadə tarixi: 2013-03-24. 
  8. "The accelerator complex". CERN Accelerating science. 2012. http://home.web.cern.ch/about/accelerators. İstifadə tarixi: 2013-03-21. 
  9. "How a detector works". CERN Accelerating science. 2012. http://home.web.cern.ch/about/how-detector-works. İstifadə tarixi: 2013-03-21. 
  10. "What is the Worldwide LHC Computing Grid?". Worldwide LHC Computing Grid CERN. 2011. http://lcg-archive.web.cern.ch/lcg-archive/public/overview.htm. İstifadə tarixi: 2013-03-21. 
  11. "CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson". CERN press office. 04 Jul 2012. http://press.web.cern.ch/press-releases/2012/07/cern-experiments-observe-particle-consistent-long-sought-higgs-boson. İstifadə tarixi: 2013-03-21. 
  12. "New results indicate that particle discovered at CERN is a Higgs boson". CERN press office. 14 Mar 2013. http://press.web.cern.ch/press-releases/2013/03/new-results-indicate-particle-discovered-cern-higgs-boson. İstifadə tarixi: 2013-03-16. 
  13. ""Announcements of the 2013 Nobel Prizes"". nobelprize.org. http://www.nobelprize.org/. İstifadə tarixi: Oktyabr 8, 2013. "“for the theoretical discovery of a mechanism that contributes to our understanding of the origin of mass of subatomic particles, and which recently was confirmed through the discovery of the predicted fundamental particle, by the ATLAS and CMS experiments at CERN’s Large Hadron Collider”" 

Xarici keçidlər[redaktə]