Mustaqil ishi Mavzu: Katta adron koleyderi vaishlash pirinsipi. Tekshirdi: Xujanova Dilafruz. Reja

10. Adron kollayderidan foydalangan holda ilmiy bilimdon odam taassurotini qanday qoldirish mumkin?
Va nihoyat, agar kimdir oldindan javob bilan qurollangan bo'lsa, sizdan adron kollayderi nima ekanligini so'rasa, biz sizga har qanday odamni yoqimli ajablantiradigan munosib javobni taklif qilamiz. Shunday ekan, xavfsizlik kamarlaringizni mahkamlang! Hadron Collider - bu to'qnashuv nurlaridagi protonlar va og'ir ionlarni tezlashtirish uchun mo'ljallangan zaryadlangan zarracha tezlatgichi. Yadroviy tadqiqotlar bo‘yicha Yevropa kengashi tadqiqot markazida qurilgan bu 100 metr chuqurlikda ko‘milgan 27 kilometr uzunlikdagi tunnel. Protonlar elektr zaryadlanganligi sababli, ultrarelyativistik proton proton yaqinida uchadigan deyarli real fotonlar bulutini hosil qiladi. Bu fotonlar oqimi yadro to'qnashuvi rejimida yadroning katta elektr zaryadi tufayli yanada kuchayadi. Ular yaqinlashib kelayotgan proton bilan to'qnashib, odatdagi foton-adron to'qnashuviga va bir-biri bilan to'qnashishi mumkin. Olimlar tajriba natijasida fazo-vaqtning tipologik xususiyati bo‘lgan fazoda fazo-vaqt “tunnellari” paydo bo‘lishidan qo‘rqishadi. Tajriba natijasida supersimmetriya mavjudligini ham isbotlash mumkin, shuning uchun bu superstring nazariyasi haqiqatining bilvosita tasdig'iga aylanadi.
Sayyoramizning ko'plab oddiy aholisi o'zlariga Katta adron kollayderi nima uchun mo'ljallangan degan savolni berishadi. Ko'pchilik uchun tushunarsiz bo'lgan, ko'p milliard evro sarflangan ilmiy tadqiqotlar ehtiyotkorlik va xavotirga sabab bo'ladi.
Ehtimol, bu umuman tadqiqot emas, balki vaqt mashinasining prototipi yoki insoniyat taqdirini o'zgartirishi mumkin bo'lgan begona mavjudotlarni teleportatsiya qilish portalidir? Mish-mishlar eng fantastik va dahshatli. Ushbu maqolada biz adron kollayderi nima ekanligini va u nima uchun yaratilganligini tushunishga harakat qilamiz.
Ilmiy-ommabop asarlar yozuvchisi Bill Brayson shunday yozadi: "Elementar zarralar fizikasida Koinot sir-asrorlarini o‘rganish juda oson: olimlar zarrachalarni bir-biri bilan to‘qnashishga majbur qilishadi va oqibatda nima yuz berishini kuzatishadi. Soddaroq quyidagicha o‘xshatish keltirish mumkin: ikkita odam bir-birga Shveysariyaning o‘ta aniq yuradigan mexanik soatlarini otib yuboradi. Soatlar albatta yerga tushib, yoki devorga urilib chil-chil bo‘ladi. Keyin ular soat parchalarini yig‘ib olib, aslida bu soatlar qanday ishlagan ekan? - deb qiziqib o‘tirishadi".
Jeneva yaqinidagi Yevropa Yadro Tadqiqotlari Instituti (CERN) tomonidan qurib ishga tushirilgan Katta adron kollayderi (Large Hadron Collider - LHC) mohiyatiga ko‘ra zarrachalarni eng yuksak energiya ko‘rsatkichlarigacha tezlatish imkonini beradigan, jahondagi eng katta tezlatkichdir. U o‘zaro qarama-qarshi kelib to‘qnashadigan protonlar oqimiga yuksak energiyali tezlanish beradigan qilib loyihalangan. Adron kollayderi deyilishiga sabab, ushbu tezlatkichda elementar zarralarning adronlar sinfiga mansub bo‘lgan va kuchli yadroviy o‘zaro ta'sirlarda ishtirok etadigan zarrachalar ustida tajribalar o‘tkaziladi. Ulkan quvvatli elektromagnit kuchlarning ta'siri ostida protonlar kollayder halqasi bo‘ylab, ichki vakuum kanalida shiddat bilan aylanadi. Aylanishlarning har birida protonlarning energiyasi borgan sari yana va yana ortib boradi. Katta adron kollayderi magnitlarida o‘ta o‘tkazgichlardan foydalaniladi. Ularni ishlatish jarayonida esa katta termodinamik amaliyot bajarish kerak bo‘ladi. Ya'ni o‘ta o‘tkazgich xossalaridan foydalanilganda favqulodda qizib ketishi tufayli magnitlarni suyuq geliy bilan to‘xtovsiz sovitib turiladi. o‘ta o‘tkazgich holatidagi materiallarda elektr qarshilik deyarli nolga tenglashadi.
Katta adron kollayder halqasi Fransiya va Shveysariya davlatlari chegarasida joylashgan bo‘lib, uning aylana uzunligi 27 km ni tashkil qiladi. 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. LHC da shuningdek supersimmetriya orqali bashorat qilinayotgan boshqa zarrachalar, masalan, oddiy zarrachalarning nisbatan og‘ir sheriklari, xususan, elektronlarning yo‘ldoshi - selektronlarni aniqlash ehtimoli ham katta. Bundan tashqari, olimlarning rejasiga ko‘ra, LHC vositasida bizga ma'lum uch fazoviy zamon-makon o‘lchamlaridan tashqari boshqa o‘lchamlarni ham ochilishi kutilmoqda. Nazariy qarashlarga ko‘ra, LHC vakuum halqasida ikki qarama-qarshi protonlar oqimining to‘qanshuvidan keyin, Ulkan Portlash orqali Koinot shakllangan sharoitga o‘xshash sharoit yuzaga kelar emish. LHC ishida ko‘plab mamlakatlardan yuzlab olimlar ishtirok etishmoqda. Ular yo‘nalishlarga ko‘ra bir necha ilmiy guruhlarga bo‘linishgan. To‘qnashuv natijalarini aniqlash va to‘qnashuv mahsulotlarini o‘rganish uchun olimlar maxsus detektorlardan foydalanishadi. LHC da ilk proton-proton to‘qnashuvi 2009-yilda amalga oshirilgan.
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 qabulqilib 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 fon 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 Recher-che 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 das-talari 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. 

Bunday protonlar kollayderning 27 kilometr uzunlikdagi aylanasi bo‘ylab joylashtirilgan 3 mingta igna shaklidagi dasta ko‘rinishida harakatlanadi. Har bir to‘plam 100 milliardga yaqin protonlardan tashkil topib, to‘qnashuv “nuqta”larida ular bir necha santimetr uzunlikda, diametri esa 16 mikron (eng ingichka soch tolasi qalinligida) bo‘ladi. Protonlar parchalangach, vujudga kelgan kvarklar turli tomonga sochilib ketadi. Biroq kvarklar uzoq muddat yakka holda bo‘la olmasligi tufayli o‘ta qisqa vaqtda birlashib, yangi “og‘irroq” zarra ko‘rinishida katta tezlik bilan atrofga sochilayotganda, kollayder detektorlari tomonidan ularning parametrlari qayd qilib boriladi. Darvoqe, adron kollayderining favqulodda hodisalarsiz ishlashi ta’minlangach, astronom olimlar olamning paydo bo‘lishiga oid kosmologik moment — “katta port-lash”dan so‘nggi dastlabki davrga oid eng muhim jarayondan voqif bo‘lishga umid bog‘lamoqdalar. Vijdonimiz oldida o‘zimizni oqlamoqlik uchun ko‘pincha maqsadga erishish uchun kuchimiz yetmadi deb, o‘zimizni ishontirmoqchi bo‘lamiz. Holbuki, amalda biz kuchsiz emas, irodasizmiz.