Katta Adron Kollayderida olib borilayotgan yadro fizikaviy izlanishlar. Kollayderning tuzilishi va ishlash prinispi”

Kurs ishining dolzarbligi. Umumiy fizika kursining Atom, yadro va elementar zarralar fizikasi‖ fani zamonaviy fizika fanining eng muhim yo‘nalshlaridan biri bo‘lib, u amaliy va fundamental ahamiyatga egadir.Atom, yadro va elementar zarralar fizikasi‖ fanida modda atom tuzilishi, atomning elektron qobiqlari, atom yadrosining tuzilishi va xususiyatlari o‘rganiladi. Ushbu dastur Atom, yadro va elementar zarralar fizikasi‖ bo‘yicha quyidagi bo‘limlarni o‘z ichiga oladi: elektromagnit nurlanishning korpuskulyar xususiyatlari, vodorod atomining Bor nazariyasi, zarralar va to‘lqinlar, bir va ko‘p elektronli atomlar, atom yadrosining asosiy xususiyatlari, radioaktivlik, yadro reaktsiyalar, elementar zarralar fizikasi.
Kurs ishining maqsadi: Ushbu kurs ishimni asosiy maqsadi Beta yemirilish va beta turg‘unlik sharti.Tanlash qoidasi haqida ma’lumotga ega bo‘lish ularni qilgan tajriba va olib borgan izlanishlari haqida to‘liq ma’lumotga ega bo‘lish
Kurs ishining vazifalari:
-mavzuga oid ilmiy adabiyotlar, o‘quv qo‘llanmalar va darsliklarni, maqolalarni o‘rganish ;
-internet resurslari bilan tanishish, o‘rganish, tahlil qilish va xulosalarni umumlashtirish.
Kurs ishining predmeti: Mavzuga oid ilmiy va metodik adabiyotlarni o‘rganish va tahlil qilish, mavzuni o‘rganish davomida bilim va ko‘nikmalarni oshirish.
Kurs ishining obyekti: “Katta Adron Kollayderida olib borilayotgan yadro fizikaviy izlanishlar. Kollayderning tuzilishi va ishlash prinispi” mavzusini o‘rganish va tahlil qilish.
Kurs ishi tarkibi: kirish, 2ta bob, 5ta reja, xulosa va foydalanilgan adabiyotlar ro‘yxatidan iborat.

I BOB. KATTA ADRON KOLLAYDERI NIMA UCHUN KERAK?
1.1. Kollayderlarda olib borilgan yadro fizikaviy izlanishlar
Bundan yuz yilcha muqaddam koinot cheksiz fazo, unda yulduzlar bir tekis taqsimlangan, degan tasavvur hukmronlik qilardi. O‘tgan asrning 20-yillarida amerikalik astronom Edvin Xabbl ko‘zga ko‘ringan barcha galaktikalar bizdan turli yo‘nalishlar bo‘yicha juda katta tezlik bilan uzoqlashayotganini aniqladi. Bu olam tuzilishi nazariyasini qayta qarab chiqishni taqozo etdi. Shu kashfiyot sabab bo‘lib butun koinot bundan 15-20 milliard yil oldin ro‘y bergan “katta portlash”ning natijasidir, degan xulosaga kelindi.
Uzoq yillar bu qat’iy nazariya sifatida qabul qilib kelindi. Keyinroq bunday nazariyani tasdiqlovchi dalillar ham topila boshlandi. Shulardan birinchisi NASA
(AQSH kosmik tadqiqotlar markazi) sun’iy yo‘ldoshi — “Sove” uzoq kosmosning turli tomonlaridan kelayotgan foton nurlanishining haroratini aniqladi. Bunday nurlanish qadimda kuzatilgan “katta portlash”ning qoldiq nurlanishi ekani ma’lum bo‘lib, uning qiymati nazariy hisob-kitoblar orqali topilgan issiqlik qiymati bilan bir xil chiqdi. Ushbu dalil “katta portlash” ro‘y berganini tasdiqladi.
Shundan so‘ng, 90-yillarning oxirida olimlar Brukxeven (AQSH)dagi elementar zarrachalar tezlatgichida elektronlardan ozod qilingan oltin atomini yorug‘lik tezligining 99,9 qismiga qadar o‘zaro qarama-qarshi yo‘nalishda tezlatib, to‘qnashtirish orqali sun’iy «katta portlash»ni vujudga keltirmoqchi bo‘lishdi.
Bunda “katta portlash”dan keyingi jarayonning dastlabki daqiqalaridagi holatini kuzatish maqsad qilingan edi. Bu ikki bosqichda — “Feniks” deb ataluvchi birinchi loyiha Kolumbiya universitetining professori Nagamiya rahbarligidagi 355 mutaxassisdan iborat jamoa tomonidan, “Star” nomli ikkinchi loyiha esa Berkli Lourens laboratoriyasidan Jon Xarris boshchiligidagi 350 nafar fizik tomonidan olib borilishi ko‘zlangandi. Biroq ko‘pchilik mutaxassislar bunday sinov jiddiy xavf ostida amalga oshirilishini e’tirof etishdi. Shunga qaramay, olimlar qayta o‘tkazilgan hisob-kitoblar natijasida reaktsiya jarayonida jiddiy xavf kutilmasligini ta’kidlab, sinovni o‘tkazishga qaror qildilar. Biroq o‘shanda kollayder quvvatining pastligi tufayli kutilgan natijani olishning imkoni bo‘lmadi.
Bizning asrimizda ayni shu masalani hal qilish uchun 2002-yilning 11-avgust kuni Shveysariya va Fransiya chegarasida qurilgan dunyodagi elementar zarrachalarning eng yirik tezlatgichi — Katta Adron Kollayderi (KAK) ishga tushirildi.
Salkam 10 milliard dollarga tushgan va juda katta quvvatga ega bo‘lgan bu kollayder dunyoda eng yirik yadro fizikasi laboratoriyasi — CERN (Consell Europeen pour la Recherche Nucleare)da qurildi. U o‘rtacha 100 metr chuqurlikda, uzunligi 27 kilometr bo‘lgan xalqa ko‘rinishidagi tezlatgich bo‘lib, unda qarama-qarshi yo‘nalishda 7 TeV (terra elektron volt, ya’ni trillion elektron volt) energiyagacha tezlatilgan proton dastalari to‘qnashtiriladi. Ana shunday to‘qnashish natijasida ajralgan energiya 14 trillion elektron voltni tashkil etadi.
Bunday katta energiyaning ajralishi oqibatida ro‘y beradigan hodisalar ma’lum darajada “katta portlash” manzarasini tasdiqlay olishi tadqiqotchilar, fizik va astrofizik olimlar uchun juda muhim edi.
1.1. Katta Adron Kollayderi nima uchun kerak?
Buyuk fizik olimlar I.Nyuton va A.Eynshteynlar koinotni statik deb xisoblaganlar. I.Nyuton koinotning siqilishidan qo‘rqib, undagi galaktikalar sonini cheksiz katta deb xisoblagan. A.Eynshteyn 1917-yilda esa o‘zining umumiy nisbiylik nazariyasida katta massaga ega bo‘lgan osmon jismlarining bir-biridan uzoqlashishini tavsiflash uchun sun`iy ravishda kosmologik xadni kiritgan. Shu yilning o‘zida amerikalik olim V.Slayfer kosmik tumanliklarning uzoqlashishi xaqidagi ilmiy ishini chop etgan, 1924-yilda esa rus olimi A.Fridman uzoqlashuvchi galaktikalar nazariyasi – kengayuvchi Koinot nazariyasini ishlab chiqdi. Ushbu nazariya bizning olamni tushunishdagi tasavvurlarimiz uchun revolyutsion kashfiyot bo‘ldi. 1929-yilda amerikalik E.Xabbl galaktikalarning uzoqlashishini kuzatuv natijalari orqali isbotladi va Fridman gipotezasi uzoqlashayotgan galaktikalardan kelayotgan elektromagnit nurlarning qizil siljishi natijasida eksperimental tasdig‘ini topdi. Galaktikalarning uzoqlashish tezligi ulargacha bo‘lgan masofaga proportsional ekanligi aniqlandi. Ushbu eksperimental natijalar yordamida Koinotning yoshi baholandi – bu yosh taxminan 15 milliard yilga tengligi aniqlandi. Shunday qilib kosmologiyada yangi davr boshlandi.
Tabiiyki o‘z-o‘zidan savol tug‘iladi: Koinot rivojlanishining boshida nima bo‘lgan? XX asrning 40-yillarida buyuk olim G.Gamov olam yaralishining yangi nazariyasini taklif etdi. Unga ko‘ra bizning koinot Katta portlash natijasida vujudga kelgan.
Katta Adron Kollayderi (LHC) - bu elementar zarralarni (xususan, protonlarni) tezlashtirish uchun mo‘ljallangan tezlatgich. Katta deb atalishiga sabab, o‘lchamlari juda katta bo‘lgani, aniqrog‘i, aylana ko‘rinishdagi tezlatkichning uzunligi 26659 metrga tengligidandir, adron deyilishiga sabab, ushbu tezlatkich adron, ya'ni og‘ir zarralarni tezlashtiradi, kollayder degani «to‘qnashtiruvchi» ma'nosini beradi, ya'ni og‘ir zarralar qarama-qarshi yo‘nalishda tezlashtirilib ma'lum nuqtada to‘qnashtiriladi.
Zamonaviy texnologiyalarning keskin rivojlanishi bir qator ilm-fan yo‘nalishlarida yangi yutuqlarga erishishda keng yo‘l ochib bermoqda. Ayniqsa, so‘nggi yillarda elementar zarralar fizikasi sohasida erishilayotgan yutuqlar salmoqlidir. Shuning uchun ham biz ushbu sahifalarda shu sohada qo‘lga kiritilayotgan ilmiy natijalar haqida so‘z yuritmoqchimiz. Fizika fanidan bizga ma'lumki, barcha elementar zarralar bir-biriga aylanib turadi. Xo‘sh, bu jarayon qanday yuz beradi va elementar zarralar olami haqidagi yangi bilimlarning istiqbollari qanday? Odatda, biror zarrani parchalash yoki boshqa zarra(lar)ga aylantirish uchun uni juda katta tezlik bilan harakatlanayotgan boshqa bir elementar zarra bilan to‘qnashtirish kerak. Buning uchun juda katta elektromagnit maydoni hosil qiladigan tezlatkichlardan foydalaniladi. Zamonaviy tezlatkichlar zaryadli zarralarga yorug‘lik tezligiga juda yaqin bo‘lgan tezliklarni bera oladi. To‘qnashayotgan zarralarning energiyalari qancha katta bo‘lsa, shunchalik ko‘p va og‘ir zarralar hosil bo‘ladi. Chunki, zarralarning tezligi ortganda ularning massalari ham ortadi. Nazariy jihatdan massalari ortgan har qanday ikki juft zarradan hozirgi kunda ma'lum bo‘lgan barcha zarralarni olish mumkin. Bugungi kunga kelib “elementar zarralar” deb ataluvchi zarralar soni ikki yuzdan ortib ketdi. Elementar zarralar sonining bunchalik ko‘pligi ularni “elementar” ekanligini gumon ostiga ham oldi. Elementar zarralarning massasi energetik birlik bo‘lgan MeV (million elektron volt) yoki GeV (milliard elektron volt) birliklarda ifodalanadi. Bu birliklar kilogramlarda ifodalangan massani yorug‘lik tezligi kvadratiga ko‘paytirish (mc²) natijasida hosil qilinadi. Elementar zarralar bugungi kunda ularning massasi, elektr zaryadi, spini va yashash vaqtlari bo‘yicha guruhlarga ajratilgan. Guruhning boshida foton turadi. Foton (spini 1 ga teng) yakka o‘zi birinchi guruhni tashkil etadi. Navbatdagi guruh yengil zarralardan — leptonlardan (spinlari 1/2 ga teng) iborat. Undan keyingisi mezonlar (spinlari 0 ga teng) guruhi. Va so‘nggi guruh barionlardir (spinlari, asosan, 1/2 ga teng). Elementar zarraning spini deganda, uning xususiy impuls momenti tushuniladi. Spini butun songa teng bo‘lgan zarra Bozon (Boze-hind fizigi nomi bilan) ham deyiladi. Elementar bozonlar kalibrovkalangan maydon kvantlari bo‘lib, ular yordamida leptonlar va kvarklarni o‘zaro ta'sirlashuvi amalga oshadi. Bunday bozonlarga foton (elektomagnit o‘zaro ta'sirda), glyuon (kuchli ta'sirda) va W- va Z-bozonlar (kuchsiz o‘zaro ta'sirda) misol bo‘la oladi. Shuni ham aytib o‘tish lozimki, barcha bozonlar (W± - bozonlardan tashqari) zaryadga ega emas.
Katta adron kollayder halqasi Fransiya va Shveysariya davlatlari chegarasida joylashgan. Ushbu ulkan ilmiy qurilma Xiggs bozonini topish va o‘rganish maqsadlarida qurilgan. Xiggs bozoni fanda shuningdek “Tangri zarrachasi” deb ham yuritiladi. Yadro fizikasidan ma'lumki, aynan Xiggs bozoni bilan o‘zaro ta'sir orqali boshqa subatom zarrachalar massaga ega bo‘ladi.
Xiggs bozonini amalda topish uchun insoniyat tarixidagi eng qimmat (umumiy qiymati 10 milliard dollarga yaqin) bo‘lgan Katta Adron Kollayderi qurildi. Kollayder yer yuzasidan 100 metr chuqurlikda joylashgan. Bu yerda 100ga yaqin davlatlardan tanlab olingan 10000 dan ko‘proq yosh olim va muhandislar ilmiy izlanish olib bormoqdalar. Kollayder-tezlatkich yordamida Xiggs bozoniga mos keladigan massa diapozoni aniqlandi. Yuqorida aytib o‘tganimizdek, ushbu kollayderda zarrachalar misli ko‘rilmagan katta energiyaga ega bo‘lgan holda to‘qnashuvga uchraydilar. Bu eksperimental izlanishlar davomida olimlar qachonlardir koinotda yuz bergan Katta Portlashdan so‘ng yuz bergan jarayonlarga yaqin holatni o‘rganmoqdalar. Boshqacharoq aytadigan bo‘lsak, biz bu yerda borliq dunyo paydo bo‘lgan dastlabki nanosekunddan keyingi holat guvohi bo‘lamiz. O‘sha holatda butun borliq dunyo kvarklar va boshqa zarralardan tashkil topgan qizigan plazmalardan iborat bo‘lgan. Xiggs bozoni avvaliga nazariy jihatdan bashorat qilingan bo‘lsa-da, oradan bir necha yil o‘tib, 2012-yilning 4-iyulida Yadro tadqiqotlari bo‘yicha Yevropa Tashkiloti (CERN) xodimlari tomonidan katta adron kollayderida massasi 125-126 GeV bo‘lgan zarra sifatida qayd qilinganligi xabar qilindi. Bu zarra shu paytgacha topilgan bozonlar ichida eng og‘iridir. CERN olimlari 2013-yilning mart oyida yana bir marta, 2012-yilning iyulida topilgan zarrani haqiqatan ham Xiggs bozoni ekanligini tasdiqladilar. Xiggs bozoni bizga nima beradi? Buning uchun, balki, ko‘p yillar kerak bo‘lar. Masalan, kvant mexanikasi yaratilgandan bir necha o‘n yillar o‘tibgina lazerlar yaratildi va mana bugungi kunda ulardan turli sohalarda amaliy maqsadlarda foydalanib kelmoqdamiz.