Higgs Bozonu

Post date:

Author:

Category:

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.
 


Hipotezə görə Hiqqs bosonu yüksüz, spin-0 hissəcikdir və o, müəyyən 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.
Hiqqs bosonunun zəruriyyətinin səbəbi
Hiqqs bosonunun empirik tapılması hissəciklər fizikasında bir çox məsələlərin izah edilməsinə kömək edə bilər.

Simmetriya anlayışı

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 (ingiliscə, broken symmetry — sınmış simmetriya).
Simmetriya tələb edir ki, qarşılıqlı təsir qüvvəsi daşıyıcıları kütləsiz olsunlar. Fotonqluon, qraviton (hələki hesablamalarda mövcud olan) bu tələbə cavab verirlər.
Yeni tədqiqatlarda əldə edilən nəticələr bu simmetriyaya tabe olmadıqda bunun səbəbi araşdırılır.

Elektrozəif qüvvəsinin kəşfi

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 Salam və Steven Weinberg bir birindən asılı olmadan elektromaqnetik qüvvənin və zəif 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+ və Z bosonları 1983-cü ildə kəşf edildi və onların kütləyə malik olduqları aşkarlandı.
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.
Hiqqs bosonunun aşkarlanması kütlənin mənşəyiKainatın yaranışı ilə bağlı suallara cavab tapılmasını asanlaşdıra bilər.
CERN — LHC təcrübələri
Avropa Nüvə Tədqiqatları Mərkəzi (fransızcaConseil Européen pour la Recherche Nucléaire – CERN) 1954-cü ildə yaradılmışdır və fundamental hissəciklərin mənşəyini öyrənməklə məşğuldur. Bu məqsəd üçün CERN-də müxtəlif gücə malik akseleratorlar və detektorlar quraşdırılmışdır.
Akseleratorlardan sonuncusu, 10 sentyabr 2008-ci ildə quraşdırılmış Böyük Hadron Toqquşdurucusu — BHT (Large Hadron Collider — LHC) əvvəlkilərdən daha böyük gücə malikdir. BHT Fransa – İsveçrəsərhədinin altında 50–175 m dərinlikdə 27 km uzunluğa malik halqavari tuneldə yerləşir.

Akseleratorun iş prinsipi

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 alik akseleratorlardan keçirlər və onların sürəti tədricən artır. Sonda protonlar BHT akseleratoruna daxil olurlar. Burada onlar işıq sürətinə (saniyədə 299,792,458 metr 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).
BHT-də proton şüası ikiyə ayrılaraq bir birinə əks istiqamətlənmiş iki halqavari boruya daxil olur. BHT-də protonların enerjisi 4 TeV olur.

Detektorun iş prinsipi

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).
İki proton şüasının toqquşmasından yaranan partlayışın rəsmi
Toqquşmadan yaranan (səpələnən) hissəciklər detektorun daxilində yerləşən elektromaqnitlər vasitəsilə istiqamətləndirilir. Detektorda yerləşən müxtəlif qurğular hissəciklərin sürətini, kütləsini və yükünü ölçürlər.
Detektorun içərisində bir neçə kiçik detektorlar yerləşdirilmişdir ki, onlar müəyyən tipli hissəciklərin aşkarlanmasına istqamətləndirilmişlər. Belə detektorlar konkret hipotetik hissəciklərin aşkar edilməsini.
CERN təcrübələrində dörd detektordan istifadə edilir: ALICE, ATLAS, CMS və LHCb.
BHT akseleratoru həyata keçirdiyi əməliyyata uyğun olaraq Böyük Hadron Toqquşdurucusu (ingiliscəLarge Hadron Collider – LHC) adlanır (protonhadronlar qrupuna aid hissəcikdir, ingiliscə collide — toqquşmaq deməkdir).

Yığılan məlumatların emalı

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”.
 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 vermdəkir. Son məlumatlara görə WLCG 36 ölkədən 170 kompyuter (hesablama) mərkəzini birləşdirir.
 
CERN təcrübələrinin nəticələri
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.
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.
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.
Müəllif: Hikmət Həmdullayev

STAY CONNECTED

19,107FansLike
2,050FollowersFollow
0SubscribersSubscribe

INSTAGRAM

Karl Saqan – Təkamül (Dünya necə yarandı?)

Müəllif: Karl Saqan (ing. Carl Sagan) – “Cosmos” (II fəsil) Təkamül? Dörd milyard il əvvəl...

Yer kürəsinin həqiqətdə neçə yaşı var?

Yerin yaşı: Planetimizin həqiqi yaşının izlərini axtaran fosil axtarıcılar və radiometrik yaş təyini. Müəllif: Stifen Bakster (ing. Stephen...

Böyük Partlayış nəzəriyyəsi: Bütün zamanların ən böyük partlayışını necə sübut etdilər?

Müəllif: Naycl Henbest (ing. Nigel Henbest) – “Cambridge” Universitetinin doktoru, astronom, “The History of Astronomy” kimi 50-dən çox...