წარმოიდგინეთ, რომ ხელში ნებისმიერი ნივთი გიჭირავთ: ტელეფონი, ყავის ჭიქა ან უბრალოდ ქვა. ახლა წარმოიდგინეთ, რომ გაქვთ მოწყობილობა, რომელსაც მისი სულ უფრო პატარა ნაწილებად დაშლა შეუძლია.

თავდაპირველად მოლეკულებამდე მიხვალთ, შემდეგ ატომებამდე. ატომის შიგნით ელექტრონებსა და ბირთვს აღმოაჩენთ, ბირთვში კი პროტონებსა და ნეიტრონებს.

ასევე: ატომის შიგნით — როგორ აღმოვაჩინეთ მატერიის კიდევ უფრო მცირე ნაწილაკები

და მაინც, არც ისინი აღმოჩნდება საბოლოო გაჩერება. პროტონები და ნეიტრონები კიდევ უფრო მცირე ნაწილაკებისგან შედგება. მათ კვარკები ეწოდება.

აი, აქ კი ჩვენი წარმოსახვითი მოწყობილობა ჩერდება. არა იმიტომ, რომ ტექნიკა გაგვიფუჭდა. დღევანდელი ცოდნით, კვარკების ან ელექტრონების შიგნით უფრო მცირე სტრუქტურა უბრალოდ არ არსებობს. სწორედ ამიტომ მათ ფუნდამენტურ ნაწილაკებს ვუწოდებთ. ჩვენი საუკეთესო თეორიების მიხედვით, ისინი სხვა, უფრო მცირე ნაწილაკებისგან არ შედგება.

მეორე მხრივ, კვარკები და ელექტრონები მარტო არაა. გასული საუკუნის განმავლობაში ფიზიკოსებმა ფუნდამენტური ნაწილაკების მთელი "ოჯახი" აღმოაჩინეს. ზოგი მათგანი ჩვენი სხეულის შემადგენელი ნაწილია, ზოგი მხოლოდ წამის უმცირეს მონაკვეთში არსებობს, ზოგი კი ჩვენს სხეულში თითქმის დაუბრკოლებლად გადის ისე, რომ ამას ვერასდროს ვამჩნევთ.

მთელი ეს უცნაური კოლექცია ერთ-ერთ ყველაზე წარმატებულ ფიზიკურ თეორიაში ერთიანდება. მას ნაწილაკების ფიზიკის სტანდარტული მოდელი ეწოდება.

ნაწილაკების "პერიოდული სისტემა"

სტანდარტული მოდელის ცხრილი პირველად რომ ნახოთ, შეიძლება ქიმიის გაკვეთილი გაგახსენდეთ... და ეს შედარება მთლად შემთხვევითი არ არის!

როგორც პერიოდული სისტემა ალაგებს ქიმიურ ელემენტებს, სტანდარტული მოდელიც ჩვენთვის ცნობილ ფუნდამენტურ ნაწილაკებს გარკვეული წესრიგით აერთიანებს.

ოღონდ აქ წყალბადისა და ჟანგბადის ნაცვლად სახელები გაცილებით უცნაურია. მაგალითად, არსებობს ექვსი ტიპის, ანუ ექვსი "არომატის" კვარკი: up, down, strange, charm, top და bottom.

თუ სახელები ცოტა არასერიოზულად გეჩვენებათ, არ ინერვიულოთ, სწორად წაიკითხეთ. ნაწილაკების ფიზიკისთვის ეს უჩვეულო სულაც არ არის. მეცნიერებმა "უცნაური" და "მომხიბვლელი" კვარკებიც კი შემოგვინახეს.

ჩვენი ყოველდღიური სამყაროს ასაწყობად განსაკუთრებით მნიშვნელოვანი პირველი ორია: up და down კვარკები.

პროტონი ორი up და ერთი down კვარკისგან შედგება. ნეიტრონში კი ერთი up და ორი down კვარკია. შესაბამისად, თქვენს სხეულში, ეკრანში, რომელსაც ახლა უყურებთ, პლანეტებსა და ვარსკვლავებში არსებული ჩვეულებრივი ატომური მატერიის ბირთვები საბოლოოდ ძირითადად სწორედ ამ ორი ტიპის კვარკამდე დაიყვანება.

კვარკებს კიდევ ერთი საინტერესო თვისება აქვს: მათ მარტო ყოფნა არ "უყვართ". უფრო ზუსტად, ბუნებაში თავისუფალ კვარკს ვერ ვაკვირდებით. ისინი სხვა კვარკებთან იმდენად ძლიერად არის დაკავშირებული, რომ ჩვეულებრივ შედგენილი ნაწილაკების შემადგენლობაში არსებობს.

ამ კავშირს ძლიერი ურთიერთქმედება უზრუნველყოფს. აქ ნაწილაკების სამყაროს კიდევ ერთი უცნაურობა იწყება.

ელექტრონს "ნათესავები" ჰყავს

ფუნდამენტური ნაწილაკების მეორე დიდი ოჯახია ლეპტონები. მათგან ერთ-ერთს ძალიან კარგად ვიცნობთ და ეს ელექტრონია. ელექტრონები ატომებში გვხვდება და ნივთიერების ქიმიური თვისებების უდიდეს ნაწილშიც გადამწყვეტ როლს ასრულებს.

მეორე მხრივ, ელექტრონი ერთადერთი ლეპტონი არ არის. მას უფრო მძიმე "ნათესავებიც" ჰყავს, მათ შორისაა მიუონი და ტაუ.

კიდევ არსებობს ნეიტრინოები. ისინი იმდენად სუსტად ურთიერთქმედებს ჩვეულებრივ მატერიასთან, რომ მათი უზარმაზარი რაოდენობა ყოველ წამს ჩვენს სხეულში გადის და ჩვენ ამის შესახებ წარმოდგენაც არ გვაქვს. მათი დიდი ნაწილი მზეში მიმდინარე ბირთვული რეაქციების შედეგად წარმოიქმნება.

ანუ სანამ ამ წინადადებას კითხულობთ, თქვენში ნაწილაკების ნაკადი გადის... საბედნიეროდ, ამას ვერ გრძნობთ და არც რაიმეს გაკეთება გჭირდებათ.

ამრიგად, მატერიის შემადგენელი ფუნდამენტური ნაწილაკები ორ ძირითად ოჯახში ერთიანდება: კვარკებსა და ლეპტონებში.

თუ ამ ეტაპზე ნაწილაკების სახელებში ჯერ კიდევ არ აგერიათ გზა, საქმე ცოტათი უნდა გავართულოთ. მხოლოდ იმის ცოდნა, რისგან შედგება სამყარო, საკმარისი არ არის. ამ ნაწილაკებმა ერთმანეთთან როგორღაც უნდა "იურთიერთონ".

როგორ "ესაუბრებიან" ნაწილაკები ერთმანეთს?

აქ სტანდარტული მოდელი კიდევ უფრო საინტერესო ხდება. თანამედროვე ფიზიკაში ფუნდამენტური ურთიერთქმედებები შესაბამის ნაწილაკებთან არის დაკავშირებული.

ყველაზე ნაცნობი ფოტონია. ის ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების გადამტანი ნაწილაკია. ფოტონი სინათლის ნაწილაკიცაა, ამიტომ ის ფაქტი, რომ ახლა ეკრანს ხედავთ, საბოლოოდ ფოტონებთან არის დაკავშირებული.

ძლიერი ურთიერთქმედების გადამტანები კი გლუონებია. მათი სახელიც ინგლისური სიტყვიდან glue, ანუ "წებო", მოდის და საკმაოდ კარგად აღწერს მათ საქმეს. გლუონები კვარკებს ერთმანეთთან აკავშირებს.

სუსტი ურთიერთქმედება W და Z ბოზონებთან არის დაკავშირებული. ეს ურთიერთქმედება მონაწილეობს, მაგალითად, რადიოაქტიური დაშლის გარკვეულ პროცესებში და მნიშვნელოვანი როლი აქვს ვარსკვლავებში მიმდინარე რეაქციებშიც.

სტანდარტული მოდელი, შესაბამისად, უბრალოდ ნაწილაკების კატალოგი არ არის. ის აღწერს როგორც სამყაროს ფუნდამენტურ "მოთამაშეებს", ისე წესებს, რომლითაც ისინი ერთმანეთთან ურთიერთქმედებს.

მესმის, ბევრია, მაგრამ ამ სურათში კიდევ ერთი ცნობილი ნაწილაკი გვაკლია...

ნაწილაკი, რომელსაც თითქმის ნახევარი საუკუნე ეძებდნენ

1960-იან წლებში ფიზიკოსებმა ივარაუდეს, რომ მთელი სივრცე განსაკუთრებული კვანტური ველით არის შევსებული. მას ჰიგსის ველი უწოდეს.

ზოგი ფუნდამენტური ნაწილაკი ამ ველთან ურთიერთქმედებს და სწორედ ამ ურთიერთქმედებას უკავშირდება მათი მასა. თუ ჰიგსის ველი მართლაც არსებობდა, ბუნებაში მასთან დაკავშირებული ნაწილაკიც უნდა ყოფილიყო — ეს ჰიგსის ბოზონია!

პრობლემა მხოლოდ ის იყო, რომ მას ვერავინ პოულობდა. ძებნა ათწლეულების განმავლობაში გაგრძელდა და კაცობრიობას ისტორიაში ყველაზე დიდი და მძლავრი ნაწილაკების ამაჩქარებლის აშენებაც დასჭირდა.

2012 წელს CERN-ის დიდ ადრონულ კოლაიდერში ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა ახალი ნაწილაკის აღმოჩენა გვამცნო, რომლის თვისებებიც ჰიგსის ბოზონის პროგნოზს შეესაბამებოდა.

თითქმის ნახევარი საუკუნით ადრე გაკეთებული თეორიული პროგნოზი ექსპერიმენტში გამოჩნდა!

აქ უკვე თითქოს შეგვიძლია ამოვისუნთქოთ. ნაწილაკები ჩამოვთვალეთ, მათი ურთიერთქმედებებიც ვიცით, ჰიგსიც ვიპოვეთ. კიდევ რა უნდა იყოს დარჩენილი? საკმაოდ ბევრი!

შეიძლებოდა გვეფიქრა, რომ ნაწილაკების ფიზიკის დიდი თავსატეხი საბოლოოდ ამოიხსნა... უკაცრავად, მაგრამ სინამდვილეში, ყველაზე საინტერესო კითხვების ნაწილი სწორედ აქ იწყება.

შესანიშნავი თეორია, რომელსაც სამყაროს დიდი ნაწილი აკლია

სტანდარტული მოდელი ფიზიკის ისტორიაში ერთ-ერთი ყველაზე ზუსტად შემოწმებული თეორიული ჩარჩოა. ექსპერიმენტებში ის საოცრად კარგად მუშაობს.

და მაინც, სამყაროს სრულად ვერ აღწერს... პირველი დიდი პრობლემა გრავიტაციაა.

ჩვენ ბუნების ოთხ ფუნდამენტურ ურთიერთქმედებას ვიცნობთ: ელექტრომაგნიტურს, ძლიერს, სუსტსა და გრავიტაციულს. სტანდარტული მოდელი პირველ სამს აღწერს, გრავიტაცია კი ამ სურათში არ ჯდება.

აქ თამაშში ბნელი მატერია შემოდის!

ასტრონომიული დაკვირვებები გვიჩვენებს, რომ სამყაროში გაცილებით მეტი მატერია უნდა არსებობდეს, ვიდრე ის, რასაც ვხედავთ. მას ჩვენ ბნელი მატერია ვუწოდეთ, მაგრამ რა არის ეს "ბნელი მატერია", ჯერ არ ვიცით და სტანდარტულ მოდელში მისთვის დამაკმაყოფილებელი კანდიდატი არ გვხვდება.

და არა, ამ შემთხვევაში სიტყვა "ბნელი" იმას არ ნიშნავს, რომ ვიცით, რა არის და უბრალოდ ვერ ვხედავთ. პრობლემა სწორედ ისაა, რომ მისი ბუნება ჯერ არ ვიცით.

არც ის ვიცით ბოლომდე, რატომ არის სამყაროში მატერია ბევრად მეტი, ვიდრე ანტიმატერია.

ნეიტრინოებმაც დამატებითი პრობლემა შეგვიქმნა. აღმოჩნდა, რომ მათ მასა აქვს, მაშინ როდესაც სტანდარტული მოდელის თავდაპირველ ფორმულირებაში ნეიტრინოები უმასო იყო.

უცნაური მდგომარეობა მივიღეთ: გვაქვს თეორია, რომელიც უამრავ ექსპერიმენტს საოცარი სიზუსტით აღწერს და რომლის ერთ-ერთი მთავარი პროგნოზიც ათწლეულების შემდეგ რეალურად აღმოვაჩინეთ. ამავე დროს ვიცით, რომ ის საბოლოო პასუხი ვერ იქნება.

და თუ კვარკიც არ არის ბოლო გაჩერება?

აქ ისევ იმ კითხვას ვუბრუნდებით, რომლითაც დავიწყეთ: სად მთავრდება მატერიის დაშლა?

დღეს კვარკებს, ელექტრონებსა და სტანდარტული მოდელის სხვა ფუნდამენტურ ნაწილაკებს შიდა სტრუქტურას არ მივაწერთ. ექსპერიმენტებს ჯერ არ უჩვენებია, რომ ისინი კიდევ უფრო მცირე ნაწილებისგან შედგება.

აქ ცოტა თავმდაბლობაც გვჭირდება. ფიზიკის ისტორიაში არაერთხელ გვიფიქრია, რომ საბოლოო ფენამდე მივედით და ბუნებას ჩვენთვის კიდევ რაღაც ჰქონდა შემონახული.

ჩვენ ვიცით, რომ კაცობრიობას მსგავსი შეცდომა ერთხელ უკვე დაუშვია. სიტყვა "ატომი" თავად "განუყოფელს" ნიშნავს. შემდეგ აღმოვაჩინეთ, რომ ატომი იყოფა.

ასევე: ატომის 2500-წლიანი ისტორია — დემოკრიტედან თანამედროვე ფიზიკამდე

ერთ დროს პროტონიც ელემენტარულ ნაწილაკად მიგვაჩნდა. შემდეგ მის შიგნით კვარკები აღმოვაჩინეთ. ამიტომ, სრულიად ბუნებრივია კითხვა: იქნებ კვარკებისა და ელექტრონების შიგნითაც იმალება რაღაც?

ასეთი იდეები არსებობს. მაგალითად, სიმების თეორიის სხვადასხვა ვერსიაში ის, რასაც ფუნდამენტურ ნაწილაკებად აღვიქვამთ, შეიძლება კიდევ უფრო ფუნდამენტური ობიექტების სხვადასხვა მდგომარეობა იყოს. ამ ობიექტებს უკიდურესად მცირე "სიმებად" წარმოიდგენენ.

აქ მნიშვნელოვანი ზღვარი უნდა გავავლოთ. ასეთი იდეების ექსპერიმენტული დადასტურება ჯერჯერობით არ გვაქვს. ამიტომ ამ მომენტისთვის ჩვენი წარმოსახვითი მოწყობილობა კვარკებთან და ელექტრონებთან ჩერდება.

შესაძლოა, იმიტომ, რომ მართლაც მივაღწიეთ მატერიის ყველაზე ღრმა დონეს. ან შეიძლება უბრალოდ ჯერ არ გვაქვს საკმარისად კარგი "მოწყობილობა", რომ შემდეგი ფენა დავინახოთ.

დასასრულს ერთს შეგახსენებთ: თუ მეცნიერების ისტორია რამეს გვასწავლის, ისაა, რომ სიტყვა "განუყოფელი" ფიზიკაში ყოველთვის სიფრთხილით უნდა გამოვიყენოთ. ვნახოთ, რა იქნება შემდეგი...