L. B. Okun Elementar bóleksheler

Protonnıń ıdırawı 
Eger X- hám Y-bozonlardı menen tek bes 𝑑, 𝑒, 𝜈 fermionlar tásir etisetuǵın bolsa, onda usı 
27
Siz SU(n) gruppasında 2n-1 kalibrovkalıq bozon boladı dep durıs boljadıńız. 

---

65 
bozonlar kvarklardı leptonlarǵa ótkeretuǵın bolsa da barionlıq zaryad saqlanǵan bolar edi. 
Situaciya W-bozonlar ushın orın alatuǵın situaciyaǵa usaydı. Bunday bozonlar elektron↔neytrino 
ótiwlerin beredi, biraq, álbette, elektr zaryadınıń saqlanbawın payda etpeydi. Virtuallıq W-bozon 
bóleksheden shıqqan waqıtta onıń zaryadın alıp ketedi hám jutılǵanda zaryadtı sol bozondı jutqan 
bólekshege beredi. 
X- hám Y-bozonlar bar bolǵan jaǵdaylardaǵı barionlıq zaryadtıń saqlanbawı bul bozonlardıń 
hár qıylı bolǵan eki toq penen tásirlesetuǵın bozon-jarastırıwshılar (qosımsha jumıs islewshiler) 
ekenligi menen baylanıslı. Bunday jarastırıw (qosımsha jumıs) elementar toqlardıń bozonlardıń 
sanına salıstırǵanda ádewir kóp bolıwınan kelip shıǵadı. Haqıyqatında da, kalibrovkalıq 
bozonlardıń tolıq sanı 24, al bir áwladqa kiriwshi 15 fermion arasında (gipotezalıq sterillik 
neytrinonı biz qospaymız) 125 toqlıq ótiwler orın aladı. Nátiyjede qosımsha jumıstı atqarıwshı 
sıpatında X-bozonlar u-kvarktı 𝑢̃-kvarkqa, al Y bozonlar bolsa u-kvarktı 𝑑̃-kvarkqa ótkeredi. Solay 
etip bir bozonnıń ózi antilepton-antikvark jubına da,
𝑢𝑢 ← 𝑋 → 𝑒
+
𝑑̃, 
𝑢𝑑 ← 𝑌 → 𝜈̃
𝑒
𝑑̃ 
jubına da óte aladı. Shep tárepke karay baǵıtlanǵan strelkalardıń baǵıtın ózgertip hám 𝑑̃ nı oń 
bólimnen shep bólimge alıp ótip (bunday jaǵdayda 𝑑̃ dıń tuwılıwı 𝑑 nıń joq etiliwi menen 
almastırıladı), biz 
𝑢𝑢𝑑 → 𝑒
+
, 
𝑢𝑑𝑑 → 𝜈̃
𝑒
ótiwlerin alamız. Endi 𝑢𝑢𝑑 kombinaciyasınıń proton, al 𝑢𝑑𝑑 kombinaciyasınıń neytron ekenligin 
eske túsiremiz. Demek bir nuklonlardıń ıdıraw processlerin aldıq. Álbette, energiya menen 
impulstiń saqlanıw nızamı orın alǵanlıqtan jalǵız leptonnıń ushıp shıǵa almaydı hám gáp 
𝑝 → 𝑒
+
𝜋
0
, 𝑛 → 𝜈̃
𝑒
𝜋
0
, 𝑛 → 𝑒
+
𝜋
−
, 𝑝 → 𝑒
+
𝜋
+
𝜋
−
tipindegi processler haqqında aytılıp atır. 
Protonnıń ıdırawınıń matricalıq elementiniń mánisi 𝛼
𝐺𝑈
𝑚
𝑥
−2
shamasında, al ıdırawdıń 
itimallıǵı 𝛼
𝐺𝑈
2
𝑚
𝑋
−4
𝑚
𝑝
5
shamasında bolıwı kerek. Bul jerde 𝛼
𝐺𝑈
≈ 1/40 ullı birlesiw konstantası, X-
bozonnıń massası 𝑚
𝑋
= 10
14
—10
16
GeV, protonnıń massası 𝑚
𝑝
. Bul 𝑚
𝑝
máseleniń juwabına 
kiredi, sebebi ıdırawdaǵı energiyanıń bólinip shıǵıwı shama menen usı 𝑚
𝑝
ǵa teń. 𝑚
𝑝
niń besinshi 
dárejesiniń kiretuǵınlıǵı ólshemlerdiń kóz-qarası boyınsha túsinikli. Sebebi ℏ, c = 1 birliklerinde 
waqıt birligindegi ıdırawdıń itimallıǵınıń birligi massanıń birligine teń (ázzi ıdırawlar ushın 𝐺
𝐹
2
𝛥
5
ti 
eske túsirińiz). 
Eger joqarıda keltirilgen bahalawshı formulaǵa 𝑚
𝑋
: 𝑚
𝑝
= 10
−14
mánisin qoysaq hám 
ádettegi birliklerge ótsek, onda protonnıń jasaw waqıtı ushın 𝜏
𝑝
= 3 · 10
27
jıl mánisin alǵan bolar 
edik. 𝑚
𝑋
: 𝑚
𝑝
qatnasın bir tártipke úlkeytip biz 3· 10
31
jıl shamasın alǵan bolar edik. Dál esaplawlar 
protonnıń jasaw waqıtı ushın usı intervaldıń ishinde jatatuǵın mánisti beredi. Tábiyatta minimallıq 
SU(5) simmetriyası dep atalatuǵın, yaǵnıy хiggs maydanlarınıń minimal jıynaǵı na sáykes keletuǵın 
simmetriya bar dep boljaytuǵın bul esaplawlardaǵı tiykarǵı anıqsızlıq 32-súwrette 1/α
s
traektoriyası ótetuǵın abscissa kósherindegi noqattı anıqlaytuǵın 𝛬
𝑄𝐶𝐷
shamasın saylap alıw 
menen baylanıslı. 
Súwrette 𝑚
𝑋
shamasınıń 𝛬
𝑄𝐶𝐷
shamasına proporcional, soǵan sáykes 𝜏
𝑝
shamasınıń 𝛬
𝑄𝐶𝐷
4
shamasına proporcional ekenligi kórinip tur. 10
28
jıl shaması 𝛬
𝑄𝐶𝐷
≈ 100 MeV shamasına sáykes 
keledi.
𝛬
𝑄𝐶𝐷
shamasın "qıymıldatqanda", álbette tek 𝑚
𝑋
shaması ǵana emes, al 𝛼
𝐺𝑈
hám 
𝛼
𝑤
(𝑚
𝑊
2
) shaması da ózgeredi ("qıymıldaydı"). Bul jaǵday SU(5) teoriyası tárepinen boljanatuǵın 
sin
2
𝜃
𝑊
shamasınıń da qıymıldaytuǵınlıǵın ańǵartadı. sin
2
𝜃
𝑊
shamasın teoriyalıq jaqtan boljaw 
0,22 shamasınıń qasında tájiriybe menen jaqsı sáykes kelgen halda gruppalanadı. 
32-súwret óziniń abscissa kósheri boyınsha logarifmlik shkalası menen ullı birlesiw modelinde 
bar bolǵan energiya boyınsha ekstrapolyaciyanıń júdá úlken bolǵan masshtabın jasıradı (14 

---

66 
tártipke). Neytrinolardıń adronlar menen tásirlesiwin hám adronlardıń tezletkishlerdegi 𝑒
+
𝑒
−
-
annigilyaciyası úyrenip tártibi 10
-28
sm bolǵan qashıqlıqlardaǵı qubılıslardıń fizikası haqqındaǵı 
juwmaqlardı islewdiń múmkin ekenligi haqıyqatında da tań qalarlıq. 
10
30
jıl ishindegi intervaldıń Álemniń jasınan shama menen 20 tártipke úlken ekenligine 
qaramastan eki sebepke baylanıslı protonnıń usınday uzaq waqıt jasaw waqıtın ólshewdi eki 
sebepke baylanıslı ámelge asırıwǵa boladı. Birinshiden, kvantlıq-meхanikalıq nızamlar boyınsha 
júdá kishi 𝑡/𝜏
𝑝
itimallıqqa iye hátte bir nuklonnıń ıdırawın qálegen qısqa 𝑙 waqıtınıń ishinde 
kóriwge boladı. Ekinshiden, biziń átirapımızdaǵı nuklonlardıń sanı júdá kóp (qálegen zattıń bir 
grammında 6· 10
23
nuklon). Sonlıqtan, eger 16 tonna suw alıp (bul 10
31
dana nuklon), onı 1 jıldıń 
dawamında biz alǵan úlgide 10 dana proton menen neytronnıń ıdırawın kórgen bolar edik. 
Bunday "oydaǵı eksperimenttegi" tiykarǵı mashqala kosmoslıq nurlar payda etken fon menen 
baylanıslı. Jerdiń betiniń hár bir 1 sm
2
betine bir sekundtıń ishinde joqarı energiyaǵa iye bolǵan 
bir bólekshe kelip túsedi. Bul fondı kemeytiw ushın úlgini jerdiń astına tereńde jaylastırıw kerek. 
Bul zaryadlanǵan bólekshelerdiń aǵısın keskin kemeytedi hám endi tiykarǵı fon joq qılıw múmkin 
bolmaǵan neytrinolardıń aǵısı menen baylanıslı boladı. Neytrinolar beretuǵın fon júdá kishi, 
sebebi olar neytrinolar zatlar menen júdá ázzi tásirlesedi. Biraq biz baqlayın dep atırǵan effekt 
onnan da kishi. Protonnıń ıdırawın isenimli túrde ayırıp alıw ushın ondaǵı energiya menen 
impulstiń saqlanıwı menen júzege keletuǵın balanstıń qalayınsha kórinetuǵınlıǵın tekserip kóriw 
kerek boladı. 
Házirgi waqıtları protonlardıń ıdırawın izlew yamasa usınday tájiriybelerdi ótkeriwge tayarlıq 
kóriw jumısları jigirmalaǵan jer astı laboratoriyalarında ótkerilip atır. Házirgi waqıtları protonnıń 
jasaw waqıtınıń 10
30
jıldan úlken ekenligi isenimli túrde anıqlandı. 
Eksperimentatorlardıń protonlardıń ıdırawına "talaban" sıpatında qabıl etiw múmkin bolǵan 
jaǵdayları úlken qızıǵıw payda etti. Indiyadaǵı tereń shaхtada islep atırǵan izertlewshiler bunday 
bir neshe jaǵdaylar haqqında Monblannıń
28
astındaǵı tonnelde islep atırǵan fiziklerdiń gruppası 
хabar berdi. Eger bul хabarlar haqıyqatında da protonnıń ıdırawına juwap beretuǵın bolsa, onda 
onıń jasaw waqtı shama menen 5·10
30
jıl bolǵan bolar edi. Bunday jasaw waqtı alınǵan jaǵdayda 
protonnıń stabilli emes ekenligi máselesi jerdiń astındaǵı kóp kilotonnalıq detektorlar iske túsken 
waqıtta tolıq sheshilgen bolar edi. 
Eger protonnıń jasaw waqıtı 10
30
—10
32
jıl shamasındaǵı intervalǵa teń bolıp shıqsa, onda biz 
ózimizdi baхıtlı dep esaplaǵan bolar edik
29
. Sebebi, eger 𝜏
𝑝
> 10
36
jıl bolǵan jaǵdayda házirgi 
waqıtları qurılıp atırǵan dúzilislerdiń hesh qaysısı da ıdırawdı registraciyalay almaǵan bolar edi. 
Kóp sanlı qánigeler 𝜏
𝑝
= 10
36
jıl bolǵanda ıdırawdıń júdá siyrek júzege keletuǵınlıǵı sebepli onı 
baqlawdı ámeliy jaqtan pútkilley múmkin bolmaydı dep esaplaydı. Qalay degen menen, bunday 
jaǵdaylar ushın oǵada úlken detektorlar kerek boladı. 
Ullı birlesiw massası 𝑚
𝑋
= 10
14
—10
16
GeV fizikler tezletkishlerde is alıp baratuǵın massalar 
menen energiyalarǵa salıstırǵanda Plank massası bolǵan 𝑚
𝑃
= 10
19
GeV shamasına ádewir jaqın. 
Eger ullı birlesiw haqıyqatında da bar bolsa, onda 𝑚
𝑃
menen 𝑚
𝑋
shamalarınıń arasında 
baylanıstıń bar bolıwı sózsiz. Protonnıń ıdırawınıń ashılıwı ásirdiń ashılıwı bolıp esaplanǵan bolar 
edi. Usı ashılıw kamertonǵa usap elementar bóleksheler fizikasınıń barlıq jiyiligin dúzetken hám 
28
Evropada, Alp tawlarınıń astında (Awdarıwshı). 
29
Eskertiw (1983-1986 jıllar). 1570 m suw ekvivalentindegi tereńlikte massası 8000 tonna bolǵan 
suwdaǵı sherenkov detektorında isleytuǵın Irvayn-Mishigan-Brukхeyven kollaboraciyası tómengi shekti 
anıqladı: 
𝜏
𝑝
/𝐵(𝑝 → 𝑒
+
𝜋
0
) > 2,5 · 10
32
𝑗𝚤𝑙. 
Bul ańlatpada 𝜏
𝑝
arqalı protonnıń jasaw waqıtı, al 𝐵(𝑝 → 𝑒
+
𝜋
0
) arqalı 𝑝 → 𝑒
+
𝜋
0
ıdıraw kanalınıń 
salıstırmalı parciallıq keńligi belgilengen. Bul nátiyje bólekshelerdiń minimallıq jıynaǵı bolǵan SU(5) 
modeldi biykarlaydı, biraq ullı birlesiwdiń quramalıraq bolǵan variantların biykarlamaydı.

---

67 
onıń kóp jıllar dawamındaǵı rawajlanıwın anıqlaǵan bolar edi.