Զանգվածը դեռ առեղծված է ֆիզիկոսների համար

2024 Հեղինակ: Seth Attwood | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-16 16:07

Զանգվածը գիտության հիմնարար և միևնույն ժամանակ առեղծվածային հասկացություններից է։ Տարրական մասնիկների աշխարհում այն չի կարող անջատվել էներգիայից։ Այն զրոյական չէ նույնիսկ նեյտրինոների համար, և դրա մեծ մասը գտնվում է Տիեզերքի անտեսանելի մասում: ՌԻԱ Նովոստին պատմում է, թե ինչ գիտեն ֆիզիկոսները զանգվածի մասին և ինչ գաղտնիքներ են կապված դրա հետ։

Համեմատաբար և տարրական

Փարիզի արվարձաններում՝ Կշիռների և չափումների միջազգային բյուրոյի կենտրոնակայանում, գտնվում է ուղիղ մեկ կիլոգրամ քաշով պլատինի և իրիդիումի համաձուլվածքից պատրաստված գլան։ Սա չափանիշ է ամբողջ աշխարհի համար։ Զանգվածը կարող է արտահայտվել ծավալով և խտությամբ և կարելի է համարել, որ այն ծառայում է որպես մարմնի նյութի քանակի չափիչ։ Սակայն միկրոաշխարհն ուսումնասիրող ֆիզիկոսներին չի բավարարում նման պարզ բացատրությունը։

Պատկերացրեք այս մխոցը տեղափոխելը: Դրա բարձրությունը չի գերազանցում չորս սանտիմետրը, այնուամենայնիվ, նկատելի ջանք պետք է գործադրվի։ Նույնիսկ ավելի մեծ ջանքեր կպահանջվեն տեղափոխելու համար, օրինակ, սառնարանը: Ֆիզիկայի ուժի կիրառման անհրաժեշտությունը բացատրվում է մարմինների իներցիայով, իսկ զանգվածը դիտվում է որպես ուժը և առաջացող արագացումը միացնող գործակից (F = ma):

Զանգվածը ծառայում է որպես ոչ միայն շարժման, այլև գրավիտացիայի չափ, որը ստիպում է մարմիններին գրավել միմյանց (F = GMm / R2): Երբ մենք բարձրանում ենք սանդղակի վրա, սլաքը շեղվում է: Դա պայմանավորված է նրանով, որ Երկրի զանգվածը շատ մեծ է, և ձգողականության ուժը բառացիորեն մեզ մղում է մակերես: Ավելի թեթեւ լուսնի վրա մարդը վեց անգամ պակաս է կշռում:

Ձգողականությունը ոչ պակաս խորհրդավոր է, քան զանգվածը: Այն ենթադրությունը, որ շարժման ընթացքում որոշ շատ զանգվածային մարմիններ կարող են արձակել գրավիտացիոն ալիքներ, փորձնականորեն հաստատվել է միայն 2015 թվականին LIGO դետեկտորի վրա: Երկու տարի անց այս հայտնագործությունն արժանացավ Նոբելյան մրցանակի։

Համաձայն Գալիլեոյի առաջարկած և Էյնշտեյնի կողմից մշակված համարժեքության սկզբունքի, գրավիտացիոն և իներցիոն զանգվածները հավասար են։ Այստեղից հետևում է, որ զանգվածային առարկաները ունակ են ճկել տարածություն-ժամանակը։ Աստղերն ու մոլորակներն իրենց շուրջ ստեղծում են գրավիտացիոն ձագարներ, որոնցում բնական և արհեստական արբանյակները պտտվում են մինչև մակերես ընկնեն։

Որտեղի՞ց է գալիս զանգվածը

Ֆիզիկոսները համոզված են, որ տարրական մասնիկները պետք է զանգված ունենան։ Ապացուցված է, որ էլեկտրոնը և տիեզերքի շինանյութերը՝ քվարկները, ունեն զանգված։ Հակառակ դեպքում նրանք չէին կարող ստեղծել ատոմներ և ամբողջ տեսանելի նյութ: Տիեզերքն առանց զանգվածի կլինի տարբեր ճառագայթման քվանտների քաոս, որը շտապում է լույսի արագությամբ: Չեն լինի գալակտիկաներ, աստղեր, մոլորակներ:

Բայց որտեղի՞ց է մասնիկը ստանում իր զանգվածը:

«Ստանդարտ մոդելը մասնիկների ֆիզիկայում ստեղծելիս՝ տեսություն, որը նկարագրում է բոլոր տարրական մասնիկների էլեկտրամագնիսական, թույլ և ուժեղ փոխազդեցությունները, առաջացան մեծ դժվարություններ: Գիտությունների դոկտոր, ՌԻԱ Նովոստիին, Լոմոնոսովի անվան Մոսկվայի պետական համալսարանի ֆիզիկայի ամբիոնի տեսական ֆիզիկայի ամբիոնի պրոֆեսոր։

Լուծումը գտել են եվրոպացի գիտնականները 1960-ականների կեսերին՝ ենթադրելով, որ բնության մեջ կա մեկ այլ ոլորտ՝ սկալյար: Այն թափանցում է ամբողջ Տիեզերքը, բայց նրա ազդեցությունը նկատելի է միայն միկրո մակարդակում։ Մասնիկները կարծես խրվում են դրա մեջ և այդպիսով զանգված են ստանում։

Առեղծվածային սկալյար դաշտը ստացել է բրիտանացի ֆիզիկոս Փիթեր Հիգսի անունը՝ Ստանդարտ մոդելի հիմնադիրներից մեկը։ Նրա անունը կրում է նաև բոզոնը՝ Հիգսի դաշտում առաջացող զանգվածային մասնիկը։ Այն հայտնաբերվել է 2012 թվականին CERN-ի Մեծ հադրոնային կոլայդերում կատարված փորձերի ժամանակ: Մեկ տարի անց Հիգսը Ֆրանսուա Էնգլերի հետ արժանացավ Նոբելյան մրցանակի։

Ուրվականների որս

Մասնիկ-ուրվականը՝ նեյտրինոն, նույնպես պետք է զանգվածային ճանաչվեր:Դա պայմանավորված է Արեգակից նեյտրինո հոսքերի և տիեզերական ճառագայթների դիտարկումներով, որոնք երկար ժամանակ հնարավոր չէր բացատրել: Պարզվեց, որ մասնիկը շարժման ընթացքում ընդունակ է փոխակերպվել այլ վիճակների, կամ տատանվել, ինչպես ասում են ֆիզիկոսները։ Սա անհնար է առանց զանգվածի։

«Էլեկտրոնային նեյտրինոները, որոնք ծնվում են, օրինակ, Արեգակի ինտերիերում, խիստ իմաստով չեն կարող համարվել տարրական մասնիկներ, քանի որ դրանց զանգվածը որոշակի նշանակություն չունի։ Բայց շարժման մեջ նրանցից յուրաքանչյուրը կարելի է համարել որպես Տարրական մասնիկների (նաև կոչվում են նեյտրինո) սուպերպոզիցիա m1, m2, m3 զանգվածներով: Զանգվածային նեյտրինոների արագության տարբերության պատճառով դետեկտորը հայտնաբերում է ոչ միայն էլեկտրոնային նեյտրինոները, այլև այլ տիպի նեյտրինոներ, ինչպիսիք են մյուոնային և տաու նեյտրինոները: Սա 1957 թվականին Բրունո Մաքսիմովիչ Պոնտեկորվոյի կողմից կանխատեսված խառնման և տատանումների հետևանք է», - բացատրում է պրոֆեսոր Ստուդենիկինը։

Հաստատվել է, որ նեյտրինոյի զանգվածը չի կարող գերազանցել էլեկտրոն վոլտի երկու տասներորդը։ Սակայն ստույգ իմաստը դեռ անհայտ է։ Գիտնականները դա անում են հունիսի 11-ին մեկնարկած KATRIN փորձարկումը Կարլսրուեի տեխնոլոգիական ինստիտուտում (Գերմանիա):

«Նեյտրինոյի զանգվածի մեծության և բնույթի հարցը գլխավոր հարցերից մեկն է, որի լուծումը հիմք կհանդիսանա կառուցվածքի մասին մեր պատկերացումների հետագա զարգացման համար»,- եզրափակում է պրոֆեսորը։

Թվում է, թե սկզբունքորեն ամեն ինչ հայտնի է զանգվածի մասին, մնում է պարզել նրբությունները։ Բայց դա այդպես չէ։ Ֆիզիկոսները հաշվարկել են, որ նյութը, որը ենթակա է մեր դիտարկմանը, զբաղեցնում է տիեզերքի նյութի զանգվածի միայն հինգ տոկոսը: Մնացածը հիպոթետիկ մութ նյութ և էներգիա է, որոնք ոչինչ չեն արտանետում և հետևաբար չեն գրանցվում։ Ի՞նչ մասնիկներից են բաղկացած տիեզերքի այս անհայտ մասերը, ինչպիսի՞ կառուցվածք ունեն, ինչպե՞ս են փոխազդում մեր աշխարհի հետ։ Գիտնականների հաջորդ սերունդները պետք է պարզեն դա: