…ღმერთმა პირველად მისცა მატერიას მყარი, მასიური ფორმა,

ასეთი ზომისა და ფორმის შეუღწევადი, მობილური ნაწილაკები

და ისეთი თვისებებითა და პროპორციებით მიმართებაში

სივრცე, რომელიც საუკეთესოდ შეესაბამება მიზანს

რისთვისაც მან შექმნა ისინი.

ი.ნიუტონი

ფილოსოფიისა და მეცნიერების ისტორიაში არსებობს 3 მიდგომა ბუნების სტრუქტურის მიკრო დონეზე გაგებისთვის:

არსებობს განუყოფელი კორპუსები ან ატომები, სამყარო დაყვანილია ფუნდამენტურ „აგურებად“ (დემოკრიტე, ნიუტონი);

მატერია განუწყვეტლივ და უსასრულოდ იყოფა უფრო და უფრო პატარა ნაჭრებად, არასოდეს აღწევს განუყოფელ ატომს (არისტოტელე);

მეოცე საუკუნეში წარმოიშვა კონცეფცია, რომელიც ხსნის სამყაროს ყველა ნივთის ურთიერთდაკავშირების საფუძველზე: ნაწილაკი არ არის მატერიის „აგური“, არამედ პროცესი, ბმული ან ნიმუში ინტეგრალურ სამყაროში (W. Heisenberg, J. Chu, ფ.კაპრა).

პირველი "ელემენტარული" ნაწილაკი 1897 წელს აღმოაჩინა ჯ. ტომსონმა კათოდური სხივების შესწავლისას დაამტკიცა არსებობა ელექტრონები . გავლენის ქვეშ, ნეგატიური ელექტროენერგია ადვილად გამოიყოფა ნივთიერებისგან, რომელიც ფიქსირდება ეკრანზე სინათლის ციმციმების სახით. უარყოფითი ელექტროენერგიის ნაწილაკებს ელექტრონები ეწოდა. ერთი ელექტრონის მუხტის ტოლი ელექტროენერგიის მინიმალური რაოდენობა დაფიქსირდა იშვიათ აირში ელექტრული გამონადენის დროს. 70-იან წლებამდე. მე -20 საუკუნე ელექტრონის შიდა სტრუქტურის პრობლემა არ არის გადაჭრილი, ჯერ კიდევ არ არის მინიშნება მისი შიდა სტრუქტურის შესახებ (Anderson 1968; Weisskopf 1977).

ერთი წლით ადრე ა.ბეკერელმა აღმოაჩინა ურანის მარილის რადიოაქტიური დაშლა - ალფა ნაწილაკების (He nuclei) ემისია, ეს ნაწილაკები გამოიყენა რეზერფორდმა, რომელმაც ექსპერიმენტულად დაამტკიცა ატომის ბირთვის არსებობა. 1919 წელს ე. რეზერფორდმა ასევე ჩაატარა პირველი ხელოვნური ბირთვული რეაქცია: N-ის ალფა ნაწილაკებით დასხივებით მან მიიღო O იზოტოპი და დაამტკიცა, რომ N ატომის ბირთვი შეიცავს. პროტონი 27 (მიიჩნეულია შემზღუდველ ნაწილაკად).

1932 წელს ჯ. ჩადვიკმა აღმოაჩინა კიდევ ერთი ბირთვული ნაწილაკი - დაუმუხტველი ნეიტრონი 28. ნეიტრონის აღმოჩენა, რომელმაც ახალი მეცნიერების დასაწყისი აღნიშნა - ნეიტრონული ფიზიკა , ნეიტრონის ძირითადი თვისებები, ნეიტრონების გამოყენება არის წიგნის საგანი ს.ფ. შებალინა ნეიტრონები . ნეიტრონული კვალი დაფიქსირდა ღრუბლის კამერაში. პროტონის მასა არის 1836,1 ელექტრონის მასა, ნეიტრონის მასა 1838,6. უ.ჰაიზენბერგი და მისგან დამოუკიდებლად დ.დ. ივანენკო, ი.ე. თამმ, წამოაყენა ჰიპოთეზა ატომური ბირთვის სტრუქტურის შესახებ პროტონებისა და ნეიტრონებისგან: ბირთვი C, მაგალითად, შედგება 6 პროტონისა და 6 ნეიტრონისგან. Დასაწყისში. 30-იანი წლები თვლიდა, რომ მატერია შედგება ატომებისგან და 3 „ელემენტარული“ ნაწილაკებისგან, „სამშენებლო ბლოკებისგან“: პროტონები, ნეიტრონები და ელექტრონები (შებალინი 1969; ფოლტა, ნოვი 1987; კაპრა 1994: 66-67).

იმავე წელს ე.ო. ლოურენსმა კალიფორნიაში ააგო პირველი ციკლოტრონი („ელემენტარული“ ნაწილაკების ამაჩქარებელი). ნაწილაკების ამაჩქარებლები არის ობიექტები, სადაც მაღალი ენერგიის ნაწილაკები ერთმანეთს ეჯახებიან. მაღალი სიჩქარით მოძრავი სუბატომური ნაწილაკების შეჯახებისას მიიღწევა ენერგიის მაღალი დონე და იბადება ურთიერთქმედების, ველებისა და ნაწილაკების სამყარო, რადგან ელემენტარულობის დონე დამოკიდებულია ენერგიის დონეზე. თუ მონეტა აჩქარდება ასეთ სიჩქარემდე, მაშინ მისი ენერგია გაუტოლდება ენერგიის გამომუშავებას ათასი მილიონი დოლარის ოდენობით. ჟენევის მახლობლად აშენდა რგოლისებრი ამაჩქარებელი გვირაბის გარშემოწერილობით 27 კმ-მდე. დღეს, ზოგიერთი თეორიის შესამოწმებლად, როგორიცაა ყველა ნაწილაკების დიდი გაერთიანების თეორია, საჭიროა მზის სისტემის ზომის ამაჩქარებელი (Folta, Nowy 1987: 270-271; Davis 1989: 90-91).

ნაწილაკები ასევე აღმოჩენილია ბუნებრივ ამაჩქარებლებში, კოსმოსური სხივები ეჯახება ექსპერიმენტული მოწყობილობის ატომებს და შესწავლილია ზემოქმედების შედეგები (ასე აღმოაჩინეს წინასწარმეტყველური პოზიტრონი, მიონი და მეზონი). ამაჩქარებლებისა და კოსმოსური გამოსხივების კვლევის დახმარებით გაიხსნა სუბატომური ნაწილაკების მრავალი და მრავალფეროვანი სამყარო. 1932 წელს აღმოაჩინეს 3 ნაწილაკი, 1947 წელს - 14, 1955 წელს - 30, 1969 წელს - 200-ზე მეტი. ცდებთან პარალელურად ჩატარდა თეორიული კვლევებიც. ნაწილაკები ხშირად მოძრაობენ სინათლის სიჩქარით,  , აუცილებელია ფარდობითობის თეორიის გათვალისწინება. ნაწილაკების ზოგადი თეორიის შექმნა ჯერ კიდევ გადაუჭრელ პრობლემად რჩება ფიზიკაში (Capra 1994: 67).

1967 წელს გაჩნდა ჰიპოთეზა არსებობის შესახებ ტაქიონები - ნაწილაკები, რომელთა მოძრაობის სიჩქარე უფრო მაღალია ვიდრე სინათლის სიჩქარე. აღმოაჩინეს მატერიის ახალი „სამშენებლო ბლოკები“, ბევრი არასტაბილური, ხანმოკლე („რეზონანსები“ ცხოვრობენ 10-27 წმ.) ნაწილაკები, რომლებიც იშლება ჩვეულებრივ ნაწილაკებად. მოგვიანებით გაირკვა, რომ ახალი ნაწილაკები: რეზონანსები და ჰიპერონები, მეზონები – სხვა ნაწილაკების აღგზნებული მდგომარეობა: პროტონი და ლეპტონები. სხვადასხვა მდგომარეობებში აღგზნებული H ატომის მსგავსად, რომელიც ჩნდება 3 სპექტრული ხაზის სახით, არ არის სხვა ატომი (დაბადებული 1967: 127-129).

აღმოჩნდა, რომ ნაწილაკები არ იშლება, არამედ გადაიქცევიან ერთმანეთში ან ველის კვანტების ენერგიად, გადადიან „მათ მეორეში“, ნებისმიერი ნაწილაკი შეიძლება იყოს ნებისმიერი მეორის განუყოფელი ნაწილი. ნაწილაკები შეიძლება "გაქრეს" რადიაციაში და გამოავლინონ ტალღის თვისებები. პირველი ხელოვნური ტრანსფორმაციის განხორციელების შემდეგ, როდესაც ლი ბირთვები გადაიქცა ჰე ბირთვებად, ატომური, ბირთვული ფიზიკა (დაბადებული 1967; Weiskopf 1977: 50).

1963 წელს M.Gell-Mann-მა, J. Zweig-მა წამოაყენეს ჰიპოთეზა კვარკები . ყველა ჰადრონები აგებულია პატარა ნაწილაკებისგან - 3 ტიპის კვარკები და მათი ანტიკვარკები. პროტონი და ნეიტრონი შედგება 3 კვარკისგან (მათ ასევე უწოდებენ ბარიონები - მძიმე ან ნუკლეონები - ბირთვული ნაწილაკები). პროტონი სტაბილურია, დადებითად დამუხტული, ნეიტრონი არასტაბილურია, იქცევა პროტონად. კვარკ-ანტიკვარკის წყვილები (თითოეულ ნაწილაკს აქვს ანტინაწილაკი) ქმნიან მეზონებს (შუალედური მასით ელექტრონსა და პროტონს შორის). ჰადრონული შაბლონების მრავალფეროვნების ასახსნელად, ფიზიკოსებს უნდა დაედგინათ დამატებითი კვარკების არსებობა. არსებობს 12 კვარკი: 4 ჯიში ან არომატი (ზედა, ქვედა, უცნაური და მომხიბვლელი), რომელთაგან თითოეული შეიძლება არსებობდეს 3 ფერში. ფიზიკოსთა უმეტესობა კვარკებს ჭეშმარიტად ელემენტარულად მიიჩნევს, რომელსაც არ აქვს სტრუქტურა. მიუხედავად იმისა, რომ ყველა ჰადრონს აქვს კვარკული სიმეტრია, ჰადრონები ხშირად იქცევიან ისე, თითქოს ისინი მართლაც შედგებიან წერტილოვანი კომპონენტებისგან, მაგრამ კვარკების საიდუმლო მაინც არსებობს (დევისი 1989: 100; ჰოკინგი 1990: 69; კაპრა 1994: 228, 229).

Შესაბამისად ჩამტვირთავი ჰიპოთეზა ბუნება არ შეიძლება შემცირდეს მატერიის „აგურებად“, როგორიცაა კვარკები, მაგრამ უნდა გავიგოთ კავშირის საფუძველზე. ნაწილაკების ჩატვირთვის სურათი, როგორც დინამიური შაბლონები მოვლენათა ურთიერთდაკავშირებულ ქსელში, დაეთანხმა ჰაიზენბერგს, რომელსაც არ სჯეროდა კვარკის მოდელის (Capra 1996: 43-49).

სამყაროს ყველა ცნობილი ნაწილაკი შეიძლება დაიყოს ორ ჯგუფად: "მყარი" მატერიის ნაწილაკები და ვირტუალური ნაწილაკები, ურთიერთქმედების მატარებლები , რომელსაც არ აქვს "დასვენების" მასა. მატერიის ნაწილაკები ასევე იყოფა ორ ჯგუფად: ჰადრონები 29 , ნუკლეონები 30 , ბარიონები ან მძიმე ნაწილაკები და ლეპტონები 31 .

ლეპტონები არის ელექტრონი, მიონი , ტაუ ლეპტონი და 3 ტიპი ნეიტრინო . დღეს ჩვეულებრივად არის მიჩნეული ელექტრონი ელემენტარულ, წერტილოვან ობიექტად. ელექტრონი უარყოფითად დამუხტულია, პროტონზე 1836-ჯერ მსუბუქია (Weiskopf 1997: 79; Davis 1989: 93-102; Hawking 1990: 63; Feynman, Weinberg 2000).

1931 წელს ვ. პაულიმ იწინასწარმეტყველა ნეიტრალური ნაწილაკის არსებობა ნეიტრინო 1955 წელს, ბირთვულ რეაქტორში, პროტონისგან წარმოიქმნა ნეიტრინო ელექტრონისა და ნეიტრონის წარმოქმნით.

ეს არის ყველაზე საოცარი ნაწილაკი: BV-სთან ერთად, ნეიტრინო ძნელად ურთიერთქმედებს მატერიასთან, რადგან ლეპტონებიდან ყველაზე მსუბუქია. მისი მასა ელექტრონის 1000-ზე ნაკლებია, მაგრამ ის, შესაძლოა, სამყაროს ყველაზე უხვი ნაწილაკია და შეიძლება გამოიწვიოს მისი კოლაფსი. ნეიტრინო თითქმის არ ურთიერთქმედებს მატერიასთან, აღწევს მასში, თითქოს საერთოდ არ არსებობს (არაერთგანზომილებიანი ფორმების არსებობის მაგალითი). გამა-კვანტი ტყვიით 3 მეტრს მოგზაურობს და ურთიერთქმედებს ტყვიის ატომის ბირთვთან, ხოლო ნეიტრინომ უნდა გაიაროს 4·10 13 კმ ურთიერთქმედებისთვის. ნეიტრინო მონაწილეობს მხოლოდ სუსტ ურთიერთქმედებებში. ჯერ კიდევ არ არის ზუსტად დადგენილი, აქვთ თუ არა ნეიტრინოებს მართლაც „დასვენების“ მასა. არსებობს ნეიტრინოების 3 ტიპი: ელექტრონი, მუონი და ტაუ.

1936 წელს, კოსმოსური სხივების ურთიერთქმედების პროდუქტებში, მიონი , არასტაბილური ნაწილაკი, რომელიც იშლება ელექტრონად და 2 ნეიტრინოდ. 70-იანი წლების ბოლოს აღმოაჩინეს "ყველაზე მძიმე" ნაწილაკი, ლეპტონი. ტაუ ლეპტონი (დევისი 1989: 93-95).

1928 წელს პ. დირაკმა იწინასწარმეტყველა და 1932 წელს აღმოაჩინა დადებითად დამუხტული ელექტრონი ( პოზიტრონი - ელექტრონის ანტინაწილაკი.): ელექტრონი და პოზიტრონი იბადებიან ერთი γ-კვანტურიდან - დადებითად დამუხტული ელექტრონიდან. როდესაც ელექტრონი ეჯახება პოზიტრონს, იბადება ორი გამა კვანტა, რადგან ნულის შესანარჩუნებლად განადგურება 32 მოითხოვს ორ ფოტონს სხვადასხვა მიმართულებით ფრენას.

მოგვიანებით გაირკვა, რომ ყველა ნაწილაკს აქვს ანტინაწილაკები , ურთიერთქმედებისას, ნაწილაკები და ანტინაწილაკები ნადგურდებიან ენერგიის კვანტების წარმოქმნით. მატერიის ყველა ნაწილაკს აქვს ანტინაწილაკი. როდესაც ნაწილაკი და ანტინაწილაკი ერთმანეთს ეჯახებიან, ისინი ნადგურდებიან, რის შედეგადაც გამოიყოფა ენერგია და იბადება სხვა ნაწილაკები. ადრეულ სამყაროში უფრო მეტი ნაწილაკი იყო, ვიდრე ანტინაწილაკები, წინააღმდეგ შემთხვევაში განადგურება ავსებდა სამყაროს გამოსხივებით და არ იქნებოდა მატერია (სილკი 1982: 123-125; ჰოკინგი 1990: 64, 71-72).

ატომში ელექტრონების მდგომარეობა განისაზღვრება რიცხვების სერიით, რომელსაც ეწოდება კვანტური რიცხვები , და მიუთითეთ ორბიტების მდებარეობა და ფორმა:

ნომერი (n) - ეს არის ორბიტის რიცხვი, რომელიც განსაზღვრავს ენერგიის რაოდენობას, რომელიც ელექტრონს უნდა ჰქონდეს ორბიტაზე ყოფნისთვის, რადიუსი;

ნომერი (ℓ) განსაზღვრავს ელექტრონული ტალღის ზუსტ ფორმას ორბიტაზე;

ნომერი (მ) ეწოდება მაგნიტური და განსაზღვრავს ველის მუხტს, რომელიც აკრავს ელექტრონს;

ნომრები , ე. წ დატრიალება (როტაცია) განსაზღვრავს ელექტრონის ბრუნვის სიჩქარეს და მიმართულებას, რომელიც განისაზღვრება ელექტრონული ტალღის ფორმით ორბიტის გარკვეულ წერტილებში ნაწილაკების არსებობის ალბათობით.

ვინაიდან ეს მახასიათებლები გამოიხატება როგორც მთელი რიცხვები, ეს ნიშნავს, რომ ელექტრონის ბრუნვის რაოდენობა თანდათან არ იზრდება, არამედ გადახტება - ერთი ფიქსირებული მნიშვნელობიდან მეორეზე. ნაწილაკებს ახასიათებთ მასის არსებობა ან არარსებობა, ელექტრული მუხტი, სპინი (ბრუნვის მახასიათებელი, მატერიის ნაწილაკებს აქვთ სპინი +1/2, –1/2, ნაწილაკები 0, 1 და 2 ურთიერთქმედების მატარებლები) და Vp სიცოცხლე (ერდეი). -გრუზი 1976; დევისი 1989: 38-41, 92; ჰოკინგი 1990: 62-63; კაპრა 1994: 63).

1925 წელს ვ.პაულიმ საკუთარ თავს დაუსვა კითხვა: რატომ იკავებს ელექტრონებს ატომში მკაცრად განსაზღვრული პოზიცია (2 პირველ ორბიტაზე, 8 მეორეში, 32 მეოთხეში)? სპექტრების გაანალიზებისას მან მიიჩნია მარტივი პრინციპი: ორი იდენტური ნაწილაკი არ შეიძლება იყოს ერთსა და იმავე მდგომარეობაში , ანუ მათ არ შეიძლება ჰქონდეთ იგივე კოორდინატები, სიჩქარეები, კვანტური რიცხვები. მატერიის ყველა ნაწილაკი ექვემდებარება ვ.პაულის აკრძალვის პრინციპი .

ეს პრინციპი ხაზს უსვამს სტრუქტურების ზუსტ ორგანიზაციას, რომლის გარეშეც ნაწილაკები გადაიქცევიან ერთგვაროვან და მკვრივ ჟელედ. გამორიცხვის პრინციპმა შესაძლებელი გახადა აეხსნა ელემენტების ქიმიური თვისებები, რომლებიც განსაზღვრულია გარე შეუვსებელი გარსების ელექტრონებით, რაც იძლევა ელემენტების პერიოდული ცხრილის დასაბუთებას. პაულის პრინციპმა გამოიწვია ახალი აღმოჩენები, ლითონებისა და ნახევარგამტარების თერმული და ელექტრული გამტარობის გაგება. გამორიცხვის პრინციპის დახმარებით აშენდა ატომების ელექტრონული გარსები და ნათელი გახდა მენდელეევის ელემენტების სისტემა (დუბნიშჩევა 1997: 450-452).

მაგრამ არის ნაწილაკები, რომლებიც არ ემორჩილებიან W. Pauli-ის გამორიცხვის პრინციპს (არ არსებობს შეზღუდვა გაცვლილი ნაწილაკების რაოდენობაზე, ურთიერთქმედების ძალა შეიძლება იყოს ნებისმიერი), მატარებელი ნაწილაკები ან ვირტუალური ნაწილაკები, რომლებსაც არ აქვთ „დასვენების“ მასა და ქმნიან ძალებს. მატერიის ნაწილაკებს შორის (ჰოკინგი 1990: 64 -65).

6. სუბატომური ნაწილაკების სამყარო

ატომის გაყოფა

ხშირად ამბობენ, რომ არსებობს ორი სახის მეცნიერება - დიდი და მცირე. ატომის გაყოფა დიდი მეცნიერებაა. მას აქვს გიგანტური ექსპერიმენტული ობიექტები, კოლოსალური ბიუჯეტი და იღებს ნობელის პრემიების ლომის წილს.

რატომ დასჭირდათ ფიზიკოსებს ატომის გაყოფა? მარტივი პასუხი - იმის გაგება, თუ როგორ მუშაობს ატომი - შეიცავს მხოლოდ ჭეშმარიტების ნაწილს, მაგრამ ასევე არსებობს უფრო ზოგადი მიზეზი. სიტყვასიტყვით ლაპარაკი ატომის გაყოფაზე მთლად სწორი არ არის. სინამდვილეში, ჩვენ ვსაუბრობთ მაღალი ენერგიის ნაწილაკების შეჯახებაზე. მაღალი სიჩქარით მოძრავი სუბატომური ნაწილაკების შეჯახებისას იბადება ურთიერთქმედებებისა და ველების ახალი სამყარო. უზარმაზარი ენერგიის მატარებელი მატერიის ფრაგმენტები, შეჯახების შემდეგ მიმოფანტული, მალავს ბუნების საიდუმლოებას, რომელიც "სამყაროს შექმნიდან" დარჩა ატომის სიღრმეში დამარხული.

დანადგარები, რომლებზეც ტარდება მაღალი ენერგიის ნაწილაკების შეჯახება - ნაწილაკების ამაჩქარებლები - გაოცებულია მათი ზომითა და ღირებულებით. ისინი რამდენიმე კილომეტრს აღწევს და მათთან შედარებით, ლაბორატორიებიც კი, რომლებშიც ნაწილაკების შეჯახება შეისწავლება, პაწაწინა ჩანს. სამეცნიერო კვლევის სხვა სფეროებში აღჭურვილობა განლაგებულია ლაბორატორიაში, მაღალი ენერგიის ფიზიკაში ლაბორატორიები მიმაგრებულია ამაჩქარებელზე. ცოტა ხნის წინ ჟენევის მახლობლად მდებარე ბირთვული კვლევების ევროპულმა ცენტრმა (CERN) რამდენიმე ასეული მილიონი დოლარი გამოყო რგოლის ამაჩქარებლის ასაშენებლად. ამ მიზნით მშენებარე გვირაბის გარშემოწერილობა 27 კმ-ს აღწევს. ამაჩქარებელი, რომელსაც ეწოდება LEP (LEP, დიდი ელექტრონ-პოზიტრონის რგოლი - დიდი ელექტრონ-პოზიტრონის რგოლი), შექმნილია ელექტრონებისა და მათი ანტინაწილაკების (პოზიტრონების) დასაჩქარებლად, რომლებიც მხოლოდ თმის სიგანით არის დაშორებული სინათლის სიჩქარისგან. ენერგიის მასშტაბის წარმოდგენის მიზნით, წარმოიდგინეთ, რომ ელექტრონების ნაცვლად, პენი მონეტა აჩქარებს ასეთ სიჩქარეს. აჩქარების ციკლის ბოლოს მას ექნება საკმარისი ენერგია 1000 მილიონი დოლარის ელექტროენერგიის გამომუშავებისთვის! გასაკვირი არ არის, რომ ასეთი ექსპერიმენტები ჩვეულებრივ კლასიფიცირდება როგორც "მაღალი ენერგიის" ფიზიკა. რგოლში ერთმანეთისკენ მოძრაობით, ელექტრონებისა და პოზიტრონების სხივები განიცდიან თავდაპირველ შეჯახებას, რომლის დროსაც ელექტრონები და პოზიტრონები ანადგურებენ და ათავისუფლებენ ენერგიას, რომელიც საკმარისია ათობით სხვა ნაწილაკების შესაქმნელად.

რა არის ეს ნაწილაკები? ზოგიერთი მათგანი სწორედ ის „აგურია“, საიდანაც ჩვენ ვართ აგებული: პროტონები და ნეიტრონები, რომლებიც ქმნიან ატომის ბირთვებს და ელექტრონები, რომლებიც ცირკულირებენ ბირთვების ირგვლივ. სხვა ნაწილაკები ჩვეულებრივ არ გვხვდება ჩვენს ირგვლივ არსებულ მატერიაში: მათი სიცოცხლე უკიდურესად ხანმოკლეა და ვადის ამოწურვის შემდეგ ისინი იშლება ჩვეულებრივ ნაწილაკებად. ასეთი არასტაბილური ხანმოკლე ნაწილაკების ჯიშების რაოდენობა გასაოცარია: მათგან რამდენიმე ასეული უკვე ცნობილია. ვარსკვლავების მსგავსად, არასტაბილური ნაწილაკები ზედმეტად მრავალრიცხოვანია იმისათვის, რომ გამოირჩეოდნენ „სახელით“. ბევრი მათგანი მხოლოდ ბერძნული ასოებით არის მითითებული, ზოგი კი უბრალოდ რიცხვია.

მნიშვნელოვანია გვახსოვდეს, რომ ყველა ეს მრავალრიცხოვანი და მრავალფეროვანი არასტაბილური ნაწილაკები არ არის პირდაპირი გაგებით. შემადგენელი ნაწილებიპროტონები, ნეიტრონები ან ელექტრონები. შეჯახება, მაღალი ენერგიის ელექტრონები და პოზიტრონები საერთოდ არ იფანტება ბევრ სუბატომურ ფრაგმენტად. მაღალი ენერგიის პროტონების შეჯახების დროსაც კი, რომლებიც აშკარად შედგება სხვა ობიექტებისგან (კვარკებისგან), ისინი, როგორც წესი, არ იყოფიან მათ შემადგენელ ნაწილებად ჩვეულებრივი გაგებით. ის, რაც ხდება ასეთ შეჯახებაში, უფრო კარგად ჩანს, როგორც ახალი ნაწილაკების პირდაპირი წარმოქმნა შეჯახების ენერგიისგან.

დაახლოებით ოცი წლის წინ, ფიზიკოსები სრულიად გაოგნებულნი იყვნენ ახალი სუბატომური ნაწილაკების სიმრავლითა და მრავალფეროვნებით, რომლებსაც დასასრული არ ჰქონდათ. ამის გაგება შეუძლებელი იყო რისთვისამდენი ნაწილაკი. შესაძლოა, ელემენტარული ნაწილაკები ჰგვანან ზოოპარკის მაცხოვრებლებს თავიანთი იმპლიციტური ოჯახების კუთვნილებით, მაგრამ ყოველგვარი მკაფიო ტაქსონომიის გარეშე. ან იქნებ, როგორც ზოგიერთი ოპტიმისტი თვლიდა, ელემენტარულ ნაწილაკებს უჭირავთ სამყაროს გასაღები? რა ნაწილაკებს აკვირდებიან ფიზიკოსები: მატერიის უმნიშვნელო და შემთხვევითი ფრაგმენტები ან ბუნდოვნად აღქმული რიგის მონახაზები, რომლებიც ჩვენს თვალწინ ჩნდება, რაც მიუთითებს სუბბირთვული სამყაროს მდიდარი და რთული სტრუქტურის არსებობაზე? დღეს ასეთი სტრუქტურის არსებობაში ეჭვი არ ეპარება. მიკროკოსმოსს აქვს ღრმა და რაციონალური წესრიგი და ჩვენ ვიწყებთ იმის გაგებას, თუ რა არის ყველა ამ ნაწილაკების მნიშვნელობა.

პირველი ნაბიჯი მიკროსამყაროს გაგებისკენ გადაიდგა ყველა ცნობილი ნაწილაკების სისტემატიზაციის შედეგად, ისევე როგორც მე-18 საუკუნეში. ბიოლოგებმა შეადგინეს მცენარეთა და ცხოველთა სახეობების დეტალური კატალოგები. სუბატომური ნაწილაკების ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებლებია მასა, ელექტრული მუხტი და სპინი.

ვინაიდან მასა და წონა ერთმანეთთან არის დაკავშირებული, დიდი მასის მქონე ნაწილაკებს ხშირად უწოდებენ "მძიმე". აინშტაინის ურთიერთობა E \u003d mc ^ 2 მიუთითებს, რომ ნაწილაკების მასა დამოკიდებულია მის ენერგიაზე და, შესაბამისად, მის სიჩქარეზე. მოძრავი ნაწილაკი უფრო მძიმეა ვიდრე ნაწილაკი მოსვენებულ მდგომარეობაში. როდესაც ადამიანები საუბრობენ ნაწილაკების მასაზე, ისინი ამას გულისხმობენ. დასასვენებელი მასა,ვინაიდან ეს მასა მოძრაობის მდგომარეობიდან დამოუკიდებელია. ნულოვანი დასვენების მასის მქონე ნაწილაკი სინათლის სიჩქარით მოძრაობს. ნულოვანი დასვენების მასის მქონე ნაწილაკების ყველაზე აშკარა მაგალითია ფოტონი. ითვლება, რომ ელექტრონი არის ყველაზე მსუბუქი იმ ნაწილაკებს შორის, რომლებსაც არ აქვთ მშვიდი მასა ნულოვანი. პროტონი და ნეიტრონი თითქმის 2000-ჯერ უფრო მძიმეა, მაშინ როცა ლაბორატორიაში შექმნილი უმძიმესი ნაწილაკის (Z-ნაწილაკები) მასა დაახლოებით 200000-ჯერ აღემატება ელექტრონის მასას.

ნაწილაკების ელექტრული მუხტი მერყეობს საკმაოდ ვიწრო დიაპაზონში, მაგრამ, როგორც აღვნიშნეთ, ის ყოველთვის არის მუხტის ფუნდამენტური ერთეულის ჯერადი. ზოგიერთ ნაწილაკს, როგორიცაა ფოტონები და ნეიტრინოები, არ აქვთ ელექტრული მუხტი. თუ დადებითად დამუხტული პროტონის მუხტი მიიღება როგორც +1, მაშინ ელექტრონის მუხტი არის -1.

ჩვ. 2 ჩვენ შემოვიღეთ კიდევ ერთი ნაწილაკების მახასიათებელი - სპინი. ის ასევე ყოველთვის იღებს მნიშვნელობებს, რომლებიც არის რამდენიმე ფუნდამენტური ერთეულის ჯერადი, რომელიც ისტორიული მიზეზების გამო არჩეულია 1 /2. ამრიგად, პროტონს, ნეიტრონს და ელექტრონს აქვთ სპინი 1/2, ხოლო ფოტონის სპინი არის 1. ასევე ცნობილია ნაწილაკები 0, 3/2 და 2 სპინებით. ფუნდამენტური ნაწილაკები 2-ზე მეტი სპინით არ არის ნაპოვნი და თეორეტიკოსები თვლიან, რომ ასეთი სპინების მქონე ნაწილაკები არ არსებობს.

ნაწილაკების სპინი მნიშვნელოვანი მახასიათებელია და მისი მნიშვნელობიდან გამომდინარე, ყველა ნაწილაკი იყოფა ორ კლასად. 0, 1 და 2 სპინების მქონე ნაწილაკებს უწოდებენ "ბოზონებს" - ინდოელი ფიზიკოსის ჩატიენდრანათ ბოზის პატივსაცემად, ხოლო ნაწილაკებს ნახევრად მთელი რიცხვის სპინით (ანუ 1/2 ან 3/2 სპინით. - "ფერმიონები" ენრიკო ფერმის პატივსაცემად. ამ ორი კლასიდან ერთ-ერთის კუთვნილება, ალბათ, ყველაზე მნიშვნელოვანია ნაწილაკების მახასიათებლების ჩამონათვალში.

ნაწილაკების კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი მახასიათებელია მისი სიცოცხლის ხანგრძლივობა. ბოლო დრომდე ითვლებოდა, რომ ელექტრონები, პროტონები, ფოტონები და ნეიტრინოები აბსოლუტურად სტაბილურია, ე.ი. აქვს უსასრულო სიცოცხლე. ნეიტრონი რჩება სტაბილური მანამ, სანამ ის ბირთვშია „ჩაკეტილი“, მაგრამ თავისუფალი ნეიტრონი იშლება დაახლოებით 15 წუთში. ყველა სხვა ცნობილი ნაწილაკი ძალზე არასტაბილურია, მათი სიცოცხლის ხანგრძლივობა რამდენიმე მიკროწამიდან 10-23 წმ-მდე მერყეობს. ასეთი დროის ინტერვალები, როგორც ჩანს, გაუგებრად მცირეა, მაგრამ არ უნდა დაგვავიწყდეს, რომ ნაწილაკი, რომელიც მიფრინავს სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარით (და ამაჩქარებლებში წარმოქმნილი ნაწილაკების უმეტესობა სწორედ ასეთი სიჩქარით მოძრაობს) ახერხებს გაფრინდეს 300 მ მანძილზე. მიკროწამი.

არასტაბილური ნაწილაკები განიცდიან დაშლას, რაც კვანტური პროცესია და ამიტომ დაშლისას ყოველთვის არის არაპროგნოზირებადობის ელემენტი. კონკრეტული ნაწილაკების სიცოცხლის ხანგრძლივობის წინასწარ პროგნოზირება შეუძლებელია. სტატისტიკური მოსაზრებებიდან გამომდინარე, შესაძლებელია მხოლოდ საშუალო სიცოცხლის ხანგრძლივობის პროგნოზირება. ჩვეულებრივ, საუბარია ნაწილაკების ნახევარგამოყოფის პერიოდზე, დროზე, რომელიც სჭირდება იდენტური ნაწილაკების პოპულაციის განახევრებას. ექსპერიმენტი გვიჩვენებს, რომ პოპულაციის შემცირება ხდება ექსპონენციალურად (იხ. სურ. 6) და ნახევარგამოყოფის პერიოდი შეადგენს სიცოცხლის საშუალო პერიოდის 0,693-ს.

ფიზიკოსებისთვის საკმარისი არ არის იმის ცოდნა, რომ ესა თუ ის ნაწილაკი არსებობს - ისინი ცდილობენ გაიგონ, რა არის მისი როლი. ამ კითხვაზე პასუხი დამოკიდებულია ზემოთ ჩამოთვლილი ნაწილაკების თვისებებზე, ასევე ნაწილაკზე გარედან და შიგნიდან მოქმედი ძალების ბუნებაზე. უპირველეს ყოვლისა, ნაწილაკების თვისებები განისაზღვრება მისი უნარით (ან უუნარობით) მონაწილეობა მიიღოს ძლიერ ურთიერთქმედებაში. ძლიერ ურთიერთქმედებაში მონაწილე ნაწილაკები ქმნიან სპეციალურ კლასს და ე.წ ანდრონები.ნაწილაკებს, რომლებიც მონაწილეობენ სუსტ ურთიერთქმედებაში და არ მონაწილეობენ ძლიერ ურთიერთქმედებაში, ეწოდება ლეპტონები,რაც ნიშნავს "ფილტვებს". მოდით მოკლედ მივხედოთ თითოეულ ამ ოჯახს.

ლეპტონები

ლეპტონებიდან ყველაზე ცნობილია ელექტრონი. ყველა ლეპტონის მსგავსად, ის, როგორც ჩანს, ელემენტარული წერტილის ობიექტია. რამდენადაც ცნობილია, ელექტრონს არ აქვს შიდა სტრუქტურა; არ შედგება სხვა ნაწილაკებისგან. მიუხედავად იმისა, რომ ლეპტონებს შეიძლება ჰქონდეთ ან არ ჰქონდეთ ელექტრული მუხტი, მათ ყველას აქვთ ერთი და იგივე ტრიალი 1/2, ამიტომ ისინი ფერმიონები არიან.

კიდევ ერთი ცნობილი ლეპტონი, მაგრამ მუხტის გარეშე, არის ნეიტრინო. როგორც უკვე აღინიშნა თავში. 2, ნეიტრინოები მოჩვენებებივით მიუწვდომელია. ვინაიდან ნეიტრინოები არ მონაწილეობენ არც ძლიერ და არც ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებებში, ისინი თითქმის მთლიანად უგულებელყოფენ მატერიას და შეაღწევენ მასში, თითქოს ის საერთოდ არ იყოს. დიდი ხნის განმავლობაში ნეიტრინოების მაღალი შეღწევადობის ძალა ძალიან ართულებდა მათი არსებობის ექსპერიმენტულად დადასტურებას. ნეიტრინოების წინასწარმეტყველებიდან თითქმის სამი ათეული წელი გავიდა, რომ ისინი საბოლოოდ აღმოაჩინეს ლაბორატორიაში. ფიზიკოსებს უნდა ელოდებოდნენ ბირთვული რეაქტორების შექმნას, რომლის დროსაც ნეიტრინოების უზარმაზარი რაოდენობა გამოიყოფა და მხოლოდ ამის შემდეგ იყო შესაძლებელი ბირთვთან ერთი ნაწილაკის თავდაპირველი შეჯახების დაფიქსირება და ამით იმის დამტკიცება, რომ ის ნამდვილად არსებობს. დღესდღეობით შესაძლებელია ბევრად მეტი ექსპერიმენტების ჩატარება ნეიტრინო სხივებით, რომლებიც წარმოიქმნება ამაჩქარებელში ნაწილაკების დაშლის დროს და გააჩნიათ საჭირო მახასიათებლები. ნეიტრინოების აბსოლუტური უმრავლესობა „იგნორირებას უკეთებს“ სამიზნეს, მაგრამ დროდადრო ნეიტრინოები კვლავ ურთიერთქმედებენ სამიზნესთან, რაც შესაძლებელს ხდის სასარგებლო ინფორმაციის მოპოვებას სხვა ნაწილაკების სტრუქტურისა და სუსტი ურთიერთქმედების ხასიათის შესახებ. რა თქმა უნდა, ნეიტრინოებთან ექსპერიმენტები, სხვა სუბატომურ ნაწილაკებთან ექსპერიმენტებისგან განსხვავებით, არ საჭიროებს სპეციალური დაცვის გამოყენებას. ნეიტრინოების შეღწევადობის ძალა იმდენად დიდია, რომ ისინი სრულიად უვნებელია და გადიან ადამიანის სხეულში მას ოდნავი ზიანის მიყენების გარეშე.

მიუხედავად მათი არამატერიალურობისა, ნეიტრინოებს განსაკუთრებული პოზიცია უჭირავთ სხვა ცნობილ ნაწილაკებს შორის, რადგან ისინი სამყაროს ყველაზე უხვი ნაწილაკები არიან, რომლებიც ელექტრონებსა და პროტონებს მილიარდჯერ აღემატება. სამყარო არსებითად ნეიტრინოების ზღვაა, რომელშიც ზოგჯერ ატომების სახით ჩანართები გვხვდება. შესაძლებელია კიდეც, რომ ნეიტრინოების მთლიანი მასა აღემატებოდეს ვარსკვლავების მთლიან მასას და, შესაბამისად, სწორედ ნეიტრინოებს აქვთ მთავარი წვლილი კოსმიურ გრავიტაციაში. საბჭოთა მკვლევართა ჯგუფის აზრით, ნეიტრინოს აქვს პაწაწინა, მაგრამ არა ნულოვანი, დასვენების მასა (ელექტრონის მასის 1000-ზე ნაკლები); თუ ეს ასეა, მაშინ სამყაროში გრავიტაციული ნეიტრინოები დომინირებენ, რამაც მომავალში შესაძლოა მისი კოლაფსი გამოიწვიოს. ასე რომ, ნეიტრინოებს, ერთი შეხედვით, ყველაზე „უვნებელ“ და უსხეულო ნაწილაკებს შეუძლიათ გამოიწვიონ მთელი სამყაროს კოლაფსი.

სხვა ლეპტონებს მიეკუთვნება მიონი, რომელიც აღმოაჩინეს 1936 წელს კოსმოსური სხივების ურთიერთქმედების პროდუქტებში; აღმოჩნდა, რომ ეს იყო ერთ-ერთი პირველი ცნობილი არასტაბილური სუბატომური ნაწილაკი. ყველა თვალსაზრისით, გარდა მდგრადობისა, მიონი წააგავს ელექტრონს: მას აქვს იგივე მუხტი და სპინი, მონაწილეობს ერთსა და იმავე ურთიერთქმედებებში, მაგრამ აქვს უფრო დიდი მასა. წამის დაახლოებით ორ მემილიონედში, მიონი იშლება ელექტრონად და ორ ნეიტრინოდ. მუონები ფართოდ არიან გავრცელებული ბუნებაში, მათზე მოდის ფონური კოსმოსური გამოსხივების მნიშვნელოვანი ნაწილი, რომელიც ჩაწერილია დედამიწის ზედაპირზე გეიგერის მრიცხველით.

მრავალი წლის განმავლობაში ელექტრონი და მიონი იყო ერთადერთი ცნობილი დამუხტული ლეპტონები. შემდეგ, 1970-იანი წლების ბოლოს, აღმოაჩინეს მესამე დამუხტული ლეპტონი, სახელად "ტაუ ლეპტონი". დაახლოებით 3500 ელექტრონული მასის მასით, ტაუ ლეპტონი აშკარად არის "მძიმე წონა" დამუხტულ ლეპტონთა ტრიოში, მაგრამ ყველა სხვა თვალსაზრისით ის იქცევა როგორც ელექტრონი და მიონი.

ცნობილი ლეპტონების ეს სია არ არის ამოწურული. 1960-იან წლებში დადგინდა, რომ არსებობს რამდენიმე სახის ნეიტრინო. ერთი ტიპის ნეიტრინო იბადება ელექტრონთან ერთად ნეიტრონის დაშლის დროს, ხოლო მეორე ტიპის ნეიტრინო - მიონის დაბადებისას. თითოეული ტიპის ნეიტრინო დაწყვილებულია საკუთარ დამუხტულ ლეპტონთან; აქედან გამომდინარე, არსებობს "ელექტრონული ნეიტრინო" და "მიონური ნეიტრინო". დიდი ალბათობით, უნდა იყოს მესამე ტიპის ნეიტრინოც, რომელიც თან ახლავს ტაუ ლეპტონის დაბადებას. ამ შემთხვევაში, ნეიტრინო ჯიშების საერთო რაოდენობა არის სამი, ხოლო ლეპტონების საერთო რაოდენობა არის ექვსი (ცხრილი 1). რა თქმა უნდა, თითოეულ ლეპტონს აქვს თავისი ანტინაწილაკი; ამრიგად, განსხვავებული ლეპტონის საერთო რაოდენობა თორმეტია.

ცხრილი 1

ექვსი ლეპტონი შეესაბამება დამუხტულ და ნეიტრალურ მოდიფიკაციას (ანტინაწილაკები არ შედის ცხრილში). მასა და მუხტი გამოიხატება შესაბამისად ელექტრონის მასისა და მუხტის ერთეულებში. არსებობს მტკიცებულება, რომ ნეიტრინოს შეიძლება ჰქონდეს მცირე მასა

ჰადრონები

რამდენიმე ცნობილი ჰადრონის ლეპტონისგან განსხვავებით, ისინი ფაქტიურად ასობით არიან. ეს მხოლოდ იმაზე მეტყველებს, რომ ჰადრონები არ არის ელემენტარული ნაწილაკები, არამედ აგებულია მცირე კომპონენტებისგან. ყველა ჰადრონი მონაწილეობს ძლიერ, სუსტ და გრავიტაციულ ურთიერთქმედებებში, მაგრამ ისინი წარმოიქმნება ორ სახეობაში - ელექტრული დამუხტული და ნეიტრალური. ჰადრონებს შორის ყველაზე ცნობილი და გავრცელებულია ნეიტრონი და პროტონი. დარჩენილი ჰადრონები ხანმოკლეა და იშლება ან წამის ერთ მემილიონედზე ნაკლებ დროში სუსტი ურთიერთქმედების გამო, ან ბევრად უფრო სწრაფად (10-23 წამის რიგითით) ძლიერი ურთიერთქმედების გამო.

1950-იან წლებში ფიზიკოსები უკიდურესად გაოგნებული იყვნენ ჰადრონების სიმრავლითა და მრავალფეროვნებით. მაგრამ ნელ-ნელა ნაწილაკები კლასიფიცირდება სამი მნიშვნელოვანი მახასიათებლის მიხედვით: მასა, მუხტი და სპინი. თანდათან წესრიგის ნიშნები გამოჩნდა და ნათელი სურათი გამოჩნდა. იყო მინიშნებები, რომ სიმეტრიები იმალებოდა მონაცემების აშკარა ქაოსის მიღმა. გადამწყვეტი ნაბიჯი ჰადრონების საიდუმლოს გასარკვევად გადაიდგა 1963 წელს, როდესაც მიურეი გელ-მანმა და ჯორჯ ცვაიგმა კალიფორნიის ტექნოლოგიური ინსტიტუტიდან შემოგვთავაზეს კვარკების თეორია.

სურ.10 ჰადრონები აგებულია კვარკებისგან. პროტონი (ზედა) შედგება ორი u-კვარკისგან და ერთი d-კვარკისგან. მსუბუქი პიონი (ქვედა) არის მეზონი, რომელიც შედგება ერთი u-კვარკისა და ერთი d-ანტიკვარკისგან. სხვა ჰადრონები კვარკების ყველა სახის კომბინაციაა.

ამ თეორიის ძირითადი იდეა ძალიან მარტივია. ყველა ჰადრონი აგებულია პატარა ნაწილაკებისგან, რომელსაც კვარკები ეწოდება. კვარკებს შეუძლიათ ერთმანეთთან შერწყმა ორიდან ერთ-ერთი შესაძლო გზით: ან სამეულში ან კვარკ-ანტიკვარკის წყვილებში. შედარებით მძიმე ნაწილაკები შედგება სამი კვარკისგან - ბარიონები,რაც ნიშნავს „მძიმე ნაწილაკებს“. ყველაზე ცნობილი ბარიონებია ნეიტრონი და პროტონი. მსუბუქი კვარკ-ანტიკვარკის წყვილები ქმნიან ნაწილაკებს ე.წ მეზონები -"შუალედური ნაწილაკები". ასეთი სახელის არჩევა აიხსნება იმით, რომ პირველად აღმოჩენილმა მეზონებმა დაიკავეს შუალედური პოზიცია ელექტრონებსა და პროტონებს შორის. ყველა იმდროინდელი ცნობილი ჰადრონის გასათვალისწინებლად, გელ-მანმა და ცვაიგმა შემოიღეს კვარკების სამი განსხვავებული ტიპი ("არომატი"), რომლებმაც მიიღეს საკმაოდ უცნაური სახელები: და(დან ზევით-ზედა), დ(დან ქვემოთ -ქვედა) და s (-დან უცნაური- უცნაური). გემოს სხვადასხვა კომბინაციის შესაძლებლობის გათვალისწინებით, შეიძლება აიხსნას ჰადრონების დიდი რაოდენობით არსებობა. მაგალითად, პროტონი შედგება ორისაგან და -და ერთი d-კვარკი (ნახ. 10), ხოლო ნეიტრონი შედგება ორი d-კვარკისაგან და ერთი u-კვარკისაგან.

იმისათვის, რომ გელ-მანისა და ცვაიგის მიერ შემოთავაზებული თეორია იყოს მართებული, აუცილებელია ვივარაუდოთ, რომ კვარკები ატარებენ წილად ელექტრულ მუხტს. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მათ აქვთ მუხტი, რომლის ღირებულება არის ფუნდამენტური ერთეულის - ელექტრონის მუხტის ან 1/3 ან 2/3. ორი და სამი კვარკის კომბინაციას შეიძლება ჰქონდეს ჯამური მუხტი ნულის ან ერთის ტოლი. ყველა კვარკს აქვს სპინი 1/2. ასე რომ ისინი ფერმიონები არიან. კვარკების მასები არ არის დადგენილი ისე ზუსტად, როგორც სხვა ნაწილაკების მასები, რადგან მათი შეკვრის ენერგია ჰადრონში შედარებულია თავად კვარკების მასებთან. თუმცა, ცნობილია, რომ ს კვარკი უფრო მძიმეა და -და დ კვარკები.

ჰადრონების შიგნით კვარკები შეიძლება იყვნენ აღგზნებულ მდგომარეობებში, მრავალი თვალსაზრისით მსგავსი ატომის აღგზნებული მდგომარეობებით, მაგრამ გაცილებით მაღალი ენერგიებით. აღგზნებულ ჰადრონში შემავალი ჭარბი ენერგია იმდენად ზრდის მის მასას, რომ კვარკების თეორიის შექმნამდე ფიზიკოსები შეცდომით აიღეს აღგზნებული ჰადრონები სრულიად განსხვავებული ნაწილაკებისთვის. ახლა დადგენილია, რომ ერთი შეხედვით განსხვავებული ჰადრონებიდან ბევრი რეალურად მხოლოდ კვარკების ერთი და იგივე ფუნდამენტური ნაკრების აღგზნებული მდგომარეობაა.

როგორც უკვე აღინიშნა თავში. 5, კვარკები ერთმანეთთან იმართება ძლიერი ურთიერთქმედებით. მაგრამ ისინი ასევე მონაწილეობენ სუსტ ურთიერთქმედებებში. სუსტ ძალას შეუძლია შეცვალოს კვარკის გემო. ასე ხდება ნეიტრონული დაშლა. ნეიტრონის ერთ-ერთი d-კვარკი გადაიქცევა u-კვარკად და ჭარბი მუხტი ატარებს ელექტრონს, რომელიც ამავე დროს იბადება. ანალოგიურად, არომატის შეცვლით, სუსტი ურთიერთქმედება იწვევს სხვა ჰადრონების დაშლას.

ს-კვარკების არსებობა აუცილებელია 1950-იანი წლების დასაწყისში აღმოჩენილი ეგრეთ წოდებული "უცნაური" ნაწილაკების - მძიმე ჰადრონების ასაგებად. ამ ნაწილაკების უჩვეულო ქცევა, რამაც გამოიწვია მათი სახელი, ის იყო, რომ მათ არ შეეძლოთ დაშლა ძლიერი ურთიერთქმედების გამო, თუმცა თავადაც და მათი დაშლის პროდუქტებიც ჰადრონები იყვნენ. ფიზიკოსებს გაუკვირდათ, თუ რატომ, თუ ორივე დედისა და ქალიშვილის ნაწილაკები ჰადრონების ოჯახს მიეკუთვნება, ძლიერი ძალა არ იწვევს მათ დაშლას. რატომღაც, ამ ჰადრონებს „ამჯობინეს“ გაცილებით ნაკლებად ინტენსიური სუსტი ურთიერთქმედება. რატომ? კვარკების თეორიამ ბუნებრივად ამოხსნა ეს გამოცანა. ძლიერ ძალას არ შეუძლია კვარკების გემოს შეცვლა - მხოლოდ სუსტ ძალას შეუძლია. და გემოს შეცვლის გარეშე, რომელსაც თან ახლავს ს-კვარკის ტრანსფორმაცია და -ან დ-კვარკი, დაშლა შეუძლებელია.

მაგიდაზე. სურათი 2 გვიჩვენებს სამი გემოს კვარკების სხვადასხვა შესაძლო კომბინაციას და მათ სახელებს (ჩვეულებრივ, მხოლოდ ბერძნული ასო). მრავალი აღგზნებული მდგომარეობა არ არის ნაჩვენები. ის ფაქტი, რომ ყველა ცნობილი ჰადრონის მიღება შესაძლებელია სამი ძირითადი ნაწილაკების სხვადასხვა კომბინაციიდან, სიმბოლოა კვარკების თეორიის მთავარი ტრიუმფი. მაგრამ ამ წარმატების მიუხედავად, მხოლოდ რამდენიმე წლის შემდეგ იქნა მოპოვებული პირდაპირი ფიზიკური მტკიცებულება კვარკების არსებობის შესახებ.

ეს მტკიცებულებები იქნა მიღებული 1969 წელს სტენფორდში (კალიფორნია, აშშ) დიდ ხაზოვან ამაჩქარებელზე ჩატარებული ისტორიული ექსპერიმენტების სერიაში - SLAC. სტენფორდის ექსპერიმენტატორები უბრალოდ მსჯელობდნენ. თუ პროტონში ნამდვილად არის კვარკები, მაშინ ამ ნაწილაკებთან შეჯახება პროტონში შეიძლება შეინიშნოს. საჭიროა მხოლოდ ქვებირთვული „ჭურვი“, რომელიც შეიძლება პირდაპირ პროტონის ნაწლავებში იყოს მიმართული. ამ მიზნით სხვა ჰადრონის გამოყენება უსარგებლოა, რადგან მას იგივე ზომები აქვს, რაც პროტონს. იდეალური ჭურვი შეიძლება იყოს ლეპტონი, როგორიცაა ელექტრონი. ვინაიდან ელექტრონი არ მონაწილეობს ძლიერ ურთიერთქმედებაში, ის არ „ჩაჭედდება“ კვარკების წარმოქმნილ გარემოში. ამავდროულად, ელექტრონს შეუძლია იგრძნოს კვარკების არსებობა მათზე ელექტრული მუხტის არსებობის გამო.

ცხრილი 2

კვარკების სამი არომატი, u, d და s, შეესაბამება მუხტებს +2/3, -1/3 და -1/3; ისინი გაერთიანდებიან სამად და ქმნიან ცხრილში ნაჩვენები რვა ბარიონს. კვარკ-ანტიკვარკის წყვილები ქმნიან მეზონებს. (ზოგიერთი კომბინაცია, როგორიცაა sss, გამოტოვებულია.)

სტენფორდის ექსპერიმენტში სამკილომეტრიანი ამაჩქარებელი არსებითად ემსახურებოდა გიგანტურ ელექტრონულ „მიკროსკოპს“, რამაც შესაძლებელი გახადა პროტონის შიგნიდან გამოსახულება. ჩვეულებრივი ელექტრონული მიკროსკოპი შესაძლებელს ხდის სანტიმეტრის მემილიონედზე მცირე დეტალების გარჩევას. პროტონი, თავის მხრივ, რამდენიმე ათეული მილიონი ჯერ პატარაა და მისი „გამოკვლევა“ შესაძლებელია მხოლოდ 2,1010 ევ ენერგიამდე აჩქარებული ელექტრონების მიერ. სტენფორდის ექსპერიმენტების დროს, რამდენიმე ფიზიკოსი იცავდა კვარკების გამარტივებულ თეორიას. მეცნიერთა უმეტესობა ელოდა, რომ ელექტრონები გადახრილი იქნებოდნენ პროტონების ელექტრული მუხტებით, მაგრამ ვარაუდობდნენ, რომ მუხტი თანაბრად იყო განაწილებული პროტონის შიგნით. ეს რომ სიმართლე ყოფილიყო, მაშინ ძირითადად ელექტრონების სუსტი გაფანტვა მოხდებოდა, ე.ი. პროტონებში გავლისას ელექტრონები არ განიცდიდნენ ძლიერ გადახრილობას. ექსპერიმენტმა აჩვენა, რომ გაფანტვის ნიმუში მკვეთრად განსხვავდებოდა მოსალოდნელისგან. ყველაფერი ისე მოხდა, თითქოს ელექტრონები ურტყამდნენ პაწაწინა ხისტ ჩანართებს და ახტებოდნენ მათ ყველაზე წარმოუდგენელი კუთხით. ახლა ჩვენ ვიცით, რომ კვარკები პროტონების შიგნით ისეთი რთული ჩანართებია.

1974 წელს კვარკების თეორიის გამარტივებულმა ვერსიამ, რომელიც იმ დროისთვის აღიარებული იყო თეორეტიკოსებს შორის, მიიღო მგრძნობიარე დარტყმა. რამდენიმე დღეში ამერიკელი ფიზიკოსების ორმა ჯგუფმა - ერთი სტენფორდში, ბარტონ რიხტერის ხელმძღვანელობით, მეორე ბრუკჰავენის ეროვნულ ლაბორატორიაში, სამუელ ტინგის ხელმძღვანელობით - დამოუკიდებლად გამოაცხადა ახალი ჰადრონის აღმოჩენა, რომელსაც ეწოდა psi-ნაწილაკი. თავისთავად, ახალი ჰადრონის აღმოჩენა ძნელად თუ იქნებოდა განსაკუთრებით საყურადღებო, რომ არა ერთი გარემოება: ფაქტია, რომ კვარკების თეორიით შემოთავაზებულ სქემაში არც ერთი ახალი ნაწილაკის ადგილი არ იყო. u, d და s კვარკებისა და მათი ანტიკვარკების ყველა შესაძლო კომბინაცია უკვე „გამოიყენებულია“. რისგან შედგება psi-ნაწილაკი?

პრობლემა მოგვარდა იმ იდეისკენ მიბრუნებით, რომელიც ჰაერში იყო გარკვეული დროის განმავლობაში: უნდა არსებობდეს მეოთხე სუნამო, რომელიც აქამდე არავის უნახავს. ახალ სუნამოს უკვე ჰქონდა თავისი სახელი - ხიბლი (შარმი), ანუ ქ. ვარაუდობდნენ, რომ ფსი-ნაწილაკი არის მეზონი, რომელიც შედგება c-კვარკისა და c-ანტიკვარკისგან (c), ე.ი. სს. ვინაიდან ანტიკვარკები ანტიარომის მატარებლები არიან, ფსი-ნაწილაკების ხიბლი განეიტრალებულია და ამიტომ ახალი არომატის (ხიბლის) არსებობის ექსპერიმენტულ დადასტურებას უნდა დაელოდო, სანამ შესაძლებელი იქნებოდა მეზონების აღმოჩენა, რომლებშიც მოხიბლული კვარკები დაწყვილდნენ. სხვა გემოს საწინააღმდეგო კვარკამპები.. ახლა ცნობილია მომხიბვლელი ნაწილაკების მთელი რიგი. ისინი ყველა ძალიან მძიმეა, ამიტომ ხიბლი კვარკი უფრო მძიმეა, ვიდრე უცნაური კვარკი.

ზემოთ აღწერილი სიტუაცია განმეორდა 1977 წელს, როდესაც სცენაზე შემოვიდა ე.წ. უფსილონის მეზონი (UPSILON). ამჯერად დიდი ყოყმანის გარეშე შემოიღეს მეხუთე არომატი, რომელსაც ბ-კვარკი (ქვემოდან - ქვემოდან, უფრო ხშირად კი სილამაზე - სილამაზე, ანუ ხიბლი) უწოდეს. უფსილონის მეზონი არის კვარკ-ანტიკვარკის წყვილი, რომელიც შედგება b კვარკებისგან და ამიტომ აქვს ფარული სილამაზე; მაგრამ, როგორც წინა შემთხვევაში, კვარკების განსხვავებულმა კომბინაციამ საბოლოოდ შესაძლებელი გახადა „სილამაზის“ აღმოჩენა.

კვარკების ფარდობითი მასები შეიძლება შეფასდეს სულ მცირე იმის მიხედვით, რომ მეზონებიდან ყველაზე მსუბუქი, პიონი, შედგება წყვილებისგან. და -და დ-კვარკები ანტიკვარკებით. პსი მეზონი დაახლოებით 27-ჯერა, ხოლო უფსილონის მეზონი მინიმუმ 75-ჯერ მძიმეა ვიდრე პიონი.

ცნობილი არომატების სიის თანდათანობითი გაფართოება ლეპტონების რაოდენობის ზრდის პარალელურად მოხდა; ასე რომ, აშკარა კითხვა გაჩნდა, იქნებოდა თუ არა ოდესმე დასასრული. კვარკები შემოიღეს ჰადრონების მთელი ჯიშის აღწერის გასამარტივებლად, მაგრამ ახლაც არის განცდა, რომ ნაწილაკების სია ისევ ძალიან სწრაფად იზრდება.

დემოკრიტეს დროიდან მოყოლებული, ატომიზმის ფუნდამენტური იდეა იყო იმის აღიარება, რომ საკმარისად მცირე მასშტაბით უნდა არსებობდეს ჭეშმარიტად ელემენტარული ნაწილაკები, რომელთა კომბინაციები ქმნიან მატერიას ჩვენს ირგვლივ. ატომისტიკა მიმზიდველია, რადგან განუყოფელი (განმარტებით) ფუნდამენტური ნაწილაკები უნდა არსებობდეს ძალიან შეზღუდული რაოდენობით. ბუნების მრავალფეროვნება განპირობებულია არა შემადგენელი ნაწილების დიდი რაოდენობით, არამედ მათი კომბინაციებით. როდესაც გაირკვა, რომ არსებობს მრავალი განსხვავებული ატომის ბირთვი, გაქრა იმედი, რომ რასაც ჩვენ დღეს ატომებს ვუწოდებთ, შეესაბამებოდა ძველი ბერძნების იდეას მატერიის ელემენტარული ნაწილაკების შესახებ. და მიუხედავად იმისა, რომ ტრადიციულად ჩვენ ვაგრძელებთ საუბარს სხვადასხვა ქიმიურ "ელემენტებზე", ცნობილია, რომ ატომები საერთოდ არ არის ელემენტარული, მაგრამ შედგება პროტონების, ნეიტრონების და ელექტრონებისგან. და როგორც კი კვარკების რიცხვი ძალიან დიდი აღმოჩნდება, ჩნდება ცდუნება ვივარაუდოთ, რომ ისინიც უფრო მცირე ნაწილაკებისგან შემდგარი რთული სისტემებია.

მიუხედავად იმისა, რომ ამ მიზეზით არის გარკვეული უკმაყოფილება კვარკების სქემით, ფიზიკოსების უმეტესობა კვარკებს ჭეშმარიტ ელემენტარულ ნაწილებად მიიჩნევს - წერტილოვან, განუყოფელ და შინაგანი სტრუქტურის გარეშე. ამ მხრივ ისინი პეპტონებს ჰგვანან და დიდი ხანია ვარაუდობენ, რომ ამ ორ განსხვავებულ, მაგრამ სტრუქტურულად ერთნაირ ოჯახს შორის უნდა არსებობდეს ღრმა კავშირი. ასეთი თვალსაზრისის საფუძვლები წარმოიქმნება ლეპტონებისა და კვარკების თვისებების შედარებიდან (ცხრილი 3). ლეპტონები შეიძლება დაჯგუფდეს წყვილებად, თითოეული დამუხტული ლეპტონის შესაბამის ნეიტრინოსთან ასოცირებით. კვარკები ასევე შეიძლება დაჯგუფდეს წყვილებში. ჩანართი 3 შექმნილია ისე, რომ თითოეული უჯრედი იმეორებს მის წინ მდებარე სტრუქტურას. მაგალითად, მეორე უჯრედში მიონი წარმოდგენილია როგორც "მძიმე ელექტრონი", ხოლო ხიბლი და უცნაური კვარკები წარმოდგენილია როგორც მძიმე ვარიანტები. და -და დ კვარკები. შემდეგი უჯრედიდან ხედავთ, რომ ტაუ ლეპტონი კიდევ უფრო მძიმე „ელექტრონია“, ხოლო b კვარკი d კვარკის მძიმე ვერსიაა. სრული ანალოგიისთვის, კიდევ ერთი (ტაუ-ლეპტონური) ნეიტრინო და კვარკების მეექვსე არომატი, რომელმაც უკვე მიიღო ნამდვილი სახელი. (სიმართლე, ტ).ამ წიგნის დაწერის დროს, t კვარკების არსებობის ექსპერიმენტული მტკიცებულებები ჯერ კიდევ არ იყო საკმარისად დამაჯერებელი და ზოგიერთ ფიზიკოსს ეჭვი ეპარებოდა, რომ t კვარკები არსებობდნენ კიდეც.

ცხრილი 3

ლეპტონები და კვარკები ბუნებრივად წყვილდებიან. როგორც ნაჩვენებია ცხრილში. ჩვენს ირგვლივ სამყარო შედგება პირველი ოთხი ნაწილაკისგან. მაგრამ შემდეგი ჯგუფები, როგორც ჩანს, იმეორებენ ზედა და შედგება, ნეიტრინოს გვირგვინში, უკიდურესად არასტაბილური ნაწილაკებისგან.

შეიძლება იყოს მეოთხე, მეხუთე და ა.შ. ორთქლი, რომელიც შეიცავს კიდევ უფრო მძიმე ნაწილაკებს? თუ ასეა, მაშინ ამაჩქარებლების შემდეგი თაობა სავარაუდოდ მისცემს ფიზიკოსებს ასეთი ნაწილაკების აღმოჩენის უნარს. თუმცა, გამოთქმულია კურიოზული მოსაზრება, საიდანაც გამომდინარეობს, რომ სხვა წყვილი, გარდა დასახელებული სამისა, არ არსებობს. ეს მოსაზრება ემყარება ნეიტრინოების ტიპების რაოდენობას. მალე გავიგებთ, რომ დიდი აფეთქების მომენტში, რომელმაც სამყაროს გაჩენა აღნიშნა, ნეიტრინოების ინტენსიური დაბადება მოხდა. ერთგვარი დემოკრატია უზრუნველყოფს თითოეული სახის ნაწილაკების ენერგიის იგივე წილს, როგორც დანარჩენს; ამიტომ, რაც უფრო მეტია სხვადასხვა ტიპის ნეიტრინო, მით მეტი ენერგია შეიცავს ნეიტრინოების ზღვას, რომელიც ავსებს გარე სივრცეს. გამოთვლები აჩვენებს, რომ თუ ნეიტრინოების სამზე მეტი სახეობაა, მაშინ ყველა მათგანის მიერ შექმნილი გრავიტაცია ძლიერ შემაშფოთებელ გავლენას მოახდენს ბირთვულ პროცესებზე, რომლებიც მოხდა სამყაროს სიცოცხლის პირველ წუთებში. ამიტომ, ამ არაპირდაპირი მოსაზრებებიდან გამომდინარეობს ძალიან დამაჯერებელი დასკვნა, რომ ცხრილში ნაჩვენები სამი წყვილი. 3, ბუნებაში არსებული ყველა კვარკი და ლეპტონი ამოწურულია.

საინტერესოა აღინიშნოს, რომ სამყაროს მთელი ჩვეულებრივი მატერია შედგება მხოლოდ ორი ყველაზე მსუბუქი ლეპტონისაგან (ელექტრონული და ელექტრონული ნეიტრინო) და ორი მსუბუქი კვარკისგან ( დადა დ).თუ ყველა სხვა ლეპტონმა და კვარკმა უცებ შეწყვიტოს არსებობა, მაშინ ჩვენს ირგვლივ სამყაროში, როგორც ჩანს, ძალიან ცოტა შეიცვლება.

შესაძლებელია, რომ უფრო მძიმე კვარკებმა და ლეპტონებმა შეასრულონ ერთგვარი სადგამის როლი ყველაზე მსუბუქი კვარკებისა და ლეპტონებისთვის. ყველა მათგანი არასტაბილურია და სწრაფად იშლება ზედა უჯრედში მდებარე ნაწილაკებად. მაგალითად, ტაუ ლეპტონი და მუონი იშლება ელექტრონებად, ხოლო უცნაური, მომხიბვლელი და ლამაზი ნაწილაკები საკმაოდ სწრაფად იშლება ნეიტრონად ან პროტონად (ბარიონების შემთხვევაში) ან ლეპტონებად (მეზონების შემთხვევაში). ჩნდება კითხვა: რისთვისარსებობს თუ არა ყველა ეს მეორე და მესამე თაობის ნაწილაკები? რატომ სჭირდებოდა ისინი ბუნებას?

ნაწილაკები - ურთიერთქმედების მატარებლები

ლეპტონის და კვარკის ექვსი წყვილი, რომლებიც ქმნიან მატერიის სამშენებლო მასალას, არავითარ შემთხვევაში არ ამოწურავს ცნობილი ნაწილაკების ჩამონათვალს. ზოგიერთი მათგანი, როგორიცაა ფოტონი, არ შედის კვარკის სქემაში. ნაწილაკები „გადარჩენილი“ არ არის „სამყაროს აგური“, არამედ ქმნიან ერთგვარ „წებოს“, რომელიც არ აძლევს სამყაროს დაშლის საშუალებას, ე.ი. ისინი დაკავშირებულია ოთხ ფუნდამენტურ ურთიერთქმედებასთან.

მახსოვს, ბავშვობაში მითხრეს, რომ მთვარე იწვევს ოკეანეების ამოსვლას და დაცემას მოქცევის ყოველდღიური მოქცევის დროს. ჩემთვის ყოველთვის საიდუმლო იყო, როგორ იცის ოკეანემ სად არის მთვარე და როგორ ადევნებს თვალს მის მოძრაობას ცაში. როდესაც უკვე სკოლაში ვისწავლე გრავიტაციის შესახებ, ჩემი გაკვირვება მხოლოდ გამძაფრდა. როგორ ახერხებს მთვარე, რომელმაც გადალახა მეოთხედი მილიონი კილომეტრი ცარიელი სივრცე, ოკეანემდე „მიწვდომას“? სტანდარტული პასუხი - მთვარე ქმნის გრავიტაციულ ველს ამ ცარიელ სივრცეში, რომლის მოქმედებაც აღწევს ოკეანემდე, აყენებს მას მოძრაობაში - რა თქმა უნდა, გარკვეული აზრი ჰქონდა, მაგრამ მაინც ბოლომდე არ დამაკმაყოფილებდა. ჩვენ ხომ ვერ ვხედავთ მთვარის გრავიტაციულ ველს. იქნებ მხოლოდ ასე წერია? ეს ნამდვილად ხსნის რამეს? ყოველთვის მეჩვენებოდა, რომ მთვარე რატომღაც უნდა ეთქვა ოკეანეს სად არის. მთვარესა და ოკეანეს შორის უნდა მოხდეს რაიმე სახის სიგნალის გაცვლა, რათა წყალმა იცოდეს სად წავიდეს.

დროთა განმავლობაში გაირკვა, რომ სიგნალის სახით სივრცეში გადაცემული ძალის იდეა არც ისე შორს არის ამ პრობლემის თანამედროვე მიდგომისგან. იმის გასაგებად, თუ როგორ წარმოიქმნება ასეთი წარმოდგენა, საჭიროა უფრო დეტალურად განვიხილოთ ძალის ველის ბუნება. მაგალითად, ავიღოთ არა ოკეანის მოქცევა, არამედ უფრო მარტივი ფენომენი: ორი ელექტრონი უახლოვდება ერთმანეთს და შემდეგ, ელექტროსტატიკური მოგერიების გავლენის ქვეშ, შორდებიან სხვადასხვა მიმართულებით. ფიზიკოსები ამ პროცესს გაფანტვის პრობლემას უწოდებენ. რა თქმა უნდა, ელექტრონები ფაქტიურად არ უბიძგებენ ერთმანეთს. ისინი ურთიერთქმედებენ მანძილზე, თითოეული ელექტრონის მიერ წარმოქმნილი ელექტრომაგნიტური ველის მეშვეობით.

სურ.11. ორი დამუხტული ნაწილაკების გაფანტვა. ნაწილაკების ტრაექტორიები მრუდია, როდესაც ისინი ერთმანეთს უახლოვდებიან ელექტრული მოგერიების ძალის მოქმედების გამო.

ძნელი არ არის ელექტრონის მიერ ელექტრონის გაფანტვის სურათის წარმოდგენა. თავდაპირველად, ელექტრონები დიდი მანძილით არის დაშორებული და სუსტად მოქმედებენ ერთმანეთზე. თითოეული ელექტრონი მოძრაობს თითქმის სწორი ხაზით (სურ. 11). შემდეგ, როცა საგრებელი ძალები ამოქმედდება, ელექტრონების ტრაექტორიები იწყებენ გამრუდებას, სანამ ნაწილაკები მაქსიმალურად ახლოს არ იქნება; ამის შემდეგ, ტრაექტორიები განსხვავდება და ელექტრონები იფანტებიან, კვლავ იწყებენ მოძრაობას სწორხაზოვანი, მაგრამ უკვე განსხვავებული ტრაექტორიების გასწვრივ. ასეთი მოდელის დემონსტრირება ადვილია ლაბორატორიაში ელექტრონების ნაცვლად ელექტრონულად დამუხტული ბურთების გამოყენებით. და ისევ ჩნდება კითხვა: როგორ „იცის“ ნაწილაკმა სად არის მეორე ნაწილაკი და შესაბამისად იცვლის მოძრაობას.

მიუხედავად იმისა, რომ მრუდი ელექტრონული ტრაექტორიების სურათი საკმაოდ საილუსტრაციოა, ის სრულიად უვარგისია მთელი რიგი ასპექტებით. ფაქტია, რომ ელექტრონები კვანტური ნაწილაკებია და მათი ქცევა ემორჩილება კვანტური ფიზიკის კონკრეტულ კანონებს. პირველ რიგში, ელექტრონები არ მოძრაობენ სივრცეში კარგად განსაზღვრული ტრაექტორიების გასწვრივ. ჩვენ მაინც შეგვიძლია ასე თუ ისე განვსაზღვროთ ბილიკის საწყისი და დასასრული წერტილები - გაფანტვამდე და შემდეგ, მაგრამ თავად გზა მოძრაობის დასაწყისსა და დასასრულს შორის შუალედში რჩება უცნობი და განუსაზღვრელი. გარდა ამისა, ელექტრონსა და ველს შორის ენერგიისა და იმპულსის უწყვეტი გაცვლის ინტუიციური იდეა, თითქოს აჩქარებს ელექტრონს, ეწინააღმდეგება ფოტონების არსებობას. ენერგია და იმპულსი შეიძლება გადავიდეს ველიმხოლოდ ნაწილებად, ან კვანტად. ველის მიერ ელექტრონის მოძრაობაში შემოტანილი აშლილობის უფრო ზუსტი სურათი შეიძლება მივიღოთ იმ ვარაუდით, რომ ელექტრონი, რომელიც შთანთქავს ველის ფოტონს, განიცდის, თითქოსდა, უეცარ ბიძგს. ამრიგად, კვანტურ დონეზე, ელექტრონის მიერ ელექტრონის გაფანტვის აქტი შეიძლება იყოს გამოსახული, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 12. ორი ელექტრონის ტრაექტორიების დამაკავშირებელ ტალღოვან ხაზს შეესაბამება ერთი ელექტრონის მიერ გამოსხივებული და მეორის მიერ შთანთქმული ფოტონი. ახლა გაფანტვის აქტი ჩნდება, როგორც უეცარი ცვლილება თითოეული ელექტრონის მოძრაობის მიმართულებით

სურ.12. დამუხტული ნაწილაკების გაფანტვის კვანტური აღწერა. ნაწილაკების ურთიერთქმედება განპირობებულია ურთიერთქმედების მატარებლის, ანუ ვირტუალური ფოტონის (ტალღოვანი ხაზი) ​​გაცვლით.

ამ ტიპის დიაგრამები პირველად გამოიყენა რიჩარდ ფეინმანმა განტოლების სხვადასხვა ტერმინების ვიზუალურად წარმოსაჩენად და თავდაპირველად მათ წმინდა სიმბოლური მნიშვნელობა ჰქონდა. მაგრამ შემდეგ დაიწყო ფეინმანის დიაგრამების გამოყენება ნაწილაკების ურთიერთქმედების სქემატურად გამოსახატავად. ასეთი სურათები, როგორც ეს იყო, ავსებს ფიზიკოსის ინტუიციას, მაგრამ ისინი უნდა იქნას განმარტებული გარკვეული სიფრთხილით. მაგალითად, ელექტრონის ტრაექტორიაში არასდროს ხდება მკვეთრი რღვევა. ვინაიდან ჩვენ ვიცით მხოლოდ ელექტრონების საწყისი და საბოლოო პოზიციები, არ ვიცით ზუსტად ის მომენტი, როდესაც ხდება ფოტონის გაცვლა და რომელი ნაწილაკები ასხივებს და რომელი შთანთქავს ფოტონს. ყველა ეს დეტალი დაფარულია კვანტური გაურკვევლობის ფარდით.

მიუხედავად ამ სიფრთხილისა, ფეინმანის დიაგრამები კვანტური ურთიერთქმედებების აღწერის ეფექტური საშუალებაა. ელექტრონებს შორის გაცვლილი ფოტონი შეიძლება ჩაითვალოს, როგორც ერთგვარი მესინჯერი ერთ-ერთი ელექტრონიდან, რომელიც ეუბნება მეორეს: "მე აქ ვარ, ასე რომ, იმოძრავე!". რა თქმა უნდა, ყველა კვანტური პროცესი ალბათური ხასიათისაა, ამიტომ ასეთი გაცვლა ხდება მხოლოდ გარკვეული ალბათობით. შეიძლება მოხდეს, რომ ელექტრონები გაცვალონ ორი ან მეტი ფოტონი (ნახ. 13), თუმცა ეს ნაკლებად სავარაუდოა.

მნიშვნელოვანია გვახსოვდეს, რომ ჩვენ რეალურად ვერ ვხედავთ ფოტონებს, რომლებიც მოძრაობენ ერთი ელექტრონიდან მეორეზე. ურთიერთქმედების მატარებლები ორი ელექტრონის "შინაგანი საქმეა". ისინი არსებობენ მხოლოდ იმისთვის, რომ ელექტრონებს აცნობონ, თუ როგორ უნდა იმოძრაონ, და მიუხედავად იმისა, რომ ისინი ატარებენ ენერგიას და იმპულსს, კლასიკური ფიზიკის შესაბამისი კონსერვაციის კანონები მათზე არ ვრცელდება. ფოტონები ამ შემთხვევაში შეიძლება შევადაროთ ჩოგბურთელთა მიერ მოედანზე გაცვლილ ბურთს. ისევე როგორც ჩოგბურთის ბურთი განსაზღვრავს ჩოგბურთელთა ქცევას სათამაშო მოედანზე, ფოტონი ახდენს გავლენას ელექტრონების ქცევაზე.

გადამზიდავი ნაწილაკების გამოყენებით ურთიერთქმედების წარმატებულ აღწერას თან ახლდა ფოტონის კონცეფციის გაფართოება: ფოტონი აღმოჩნდება არა მხოლოდ სინათლის ნაწილაკი, რომელსაც ჩვენ ვხედავთ, არამედ მოჩვენებითი ნაწილაკიც, რომელიც მხოლოდ "ხილულია". დამუხტული ნაწილაკებით, რომლებიც განიცდიან გაფანტვას. ზოგჯერ ფოტონებს, რომლებსაც ჩვენ ვაკვირდებით, ეძახიან რეალური,და ფოტონები, რომლებიც ატარებენ ურთიერთქმედებას ვირტუალური,რაც მათ წარმავალ, თითქმის აჩრდილულ არსებობას მოგვაგონებს. განსხვავება რეალურ და ვირტუალურ ფოტონებს შორის გარკვეულწილად თვითნებურია, მაგრამ მიუხედავად ამისა, ეს ცნებები ფართოდ გავრცელდა.

ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების აღწერა ვირტუალური ფოტონების კონცეფციის გამოყენებით - მისი მატარებლები - მისი მნიშვნელობით სცილდება კვანტური ბუნების უბრალო ილუსტრაციებს. სინამდვილეში, ჩვენ ვსაუბრობთ თეორიაზე, რომელიც გააზრებულია უმცირეს დეტალებამდე და აღჭურვილია სრულყოფილი მათემატიკური აპარატით, რომელიც ცნობილია როგორც კვანტური ელექტროდინამიკა,შემოკლებით QED. როდესაც QED პირველად ჩამოყალიბდა (ეს მოხდა მეორე მსოფლიო ომის შემდეგ), ფიზიკოსებს ჰქონდათ თეორია, რომელიც აკმაყოფილებს როგორც კვანტური თეორიის, ასევე ფარდობითობის ძირითად პრინციპებს. ეს შესანიშნავი შესაძლებლობაა დავინახოთ ახალი ფიზიკის ორი მნიშვნელოვანი ასპექტის ერთობლივი გამოვლინება და. გამოცადეთ ისინი ექსპერიმენტულად.

თეორიულად, QED-ის შექმნა გამორჩეული მიღწევა იყო. ადრეულ კვლევებს ფოტონებისა და ელექტრონების ურთიერთქმედების შესახებ ძალიან შეზღუდული წარმატება ჰქონდა მათემატიკური სირთულეების გამო. მაგრამ როგორც კი თეორეტიკოსებმა ისწავლეს სწორად გამოთვლა, ყველაფერი დანარჩენი თავის ადგილზე დადგა. QED-მა შემოგვთავაზა პროცედურა ნებისმიერი თვითნებურად რთული პროცესის შედეგების მისაღებად, რომელიც მოიცავს ფოტონებს და ელექტრონებს.

სურ.13. ელექტრონების გაფანტვა გამოწვეულია ორი ვირტუალური ფოტონის გაცვლით. ასეთი პროცესები წარმოადგენს მცირე კორექტირებას ნახ. თერთმეტი

იმის შესამოწმებლად, თუ რამდენად შეესაბამება თეორია რეალობას, ფიზიკოსებმა ყურადღება გაამახვილეს განსაკუთრებული ინტერესის ორ ეფექტზე. პირველი ეხებოდა წყალბადის ატომის, უმარტივესი ატომის ენერგეტიკულ დონეებს. QED-მა იწინასწარმეტყველა, რომ დონეები ოდნავ უნდა გადაინაცვლებდეს იმ პოზიციიდან, რომელსაც ისინი დაიკავებდნენ, თუ არ იქნებოდა ვირტუალური ფოტონები. თეორია ძალიან ზუსტი იყო ამ ცვლის სიდიდის წინასწარმეტყველებაში. ექსპერიმენტი უკიდურესი სიზუსტით გადაადგილების აღმოსაჩენად და გასაზომად ჩაატარა კომპიუტერის უნივერსიტეტის უილის ლამბმა. არიზონა. ყველას სასიხარულოდ, გამოთვლების შედეგები იდეალურად ემთხვეოდა ექსპერიმენტულ მონაცემებს.

QED-ის მეორე გადამწყვეტი ტესტი ეხებოდა ელექტრონის საკუთარი მაგნიტური მომენტის უკიდურესად მცირე კორექტირებას. და ისევ, თეორიული გამოთვლებისა და ექსპერიმენტის შედეგები სრულიად დაემთხვა. თეორეტიკოსებმა დაიწყეს გამოთვლების დახვეწა, ექსპერიმენტატორებმა - ინსტრუმენტების გაუმჯობესება. მაგრამ, მიუხედავად იმისა, რომ თეორიული პროგნოზების და ექსპერიმენტული შედეგების სიზუსტე მუდმივად უმჯობესდებოდა, QED-სა და ექსპერიმენტს შორის შეთანხმება უცვლელი დარჩა. ამჟამად, თეორიული და ექსპერიმენტული შედეგები კვლავ თანმიმდევრულია მიღწეული სიზუსტის ფარგლებში, რაც ნიშნავს ცხრა ათწილადზე მეტის თანხვედრას. ასეთი გასაოცარი კორესპონდენცია იძლევა უფლებას განიხილოს QED, როგორც ყველაზე სრულყოფილი არსებული საბუნებისმეტყველო თეორიებიდან.

ზედმეტია იმის თქმა, რომ მსგავსი ტრიუმფის შემდეგ QED იქნა მიღებული, როგორც მოდელი დანარჩენი სამი ფუნდამენტური ურთიერთქმედების კვანტური აღწერისთვის. რა თქმა უნდა, სხვა ურთიერთქმედებებთან დაკავშირებული ველები უნდა შეესაბამებოდეს სხვა გადამტან ნაწილაკებს. გრავიტაციის აღსაწერად დაინერგა გრავიტონი,თამაშობს იგივე როლს, როგორც ფოტონი. ორი ნაწილაკების გრავიტაციული ურთიერთქმედების დროს მათ შორის ხდება გრავიტონების გაცვლა. ამ ურთიერთქმედების ვიზუალიზაცია შესაძლებელია ნახ. 12 და 13. ეს არის გრავიტონები, რომლებიც ატარებენ სიგნალებს მთვარედან ოკეანეებში, რის შემდეგაც ისინი ამოდიან მოქცევის დროს და ეცემა მოქცევის დროს. დედამიწასა და მზეს შორის მოძრავი გრავიტონები ჩვენს პლანეტას ორბიტაზე აკავებენ. გრავიტონები მტკიცედ გვაკავშირებს დედამიწასთან.

ფოტონების მსგავსად, გრავიტონებიც მოძრაობენ სინათლის სიჩქარით, შესაბამისად, გრავიტონები არის ნაწილაკები "ნულოვანი დასვენების მასით". მაგრამ სწორედ აქ მთავრდება მსგავსება გრავიტონებსა და ფოტონებს შორის. მაშინ როცა ფოტონს აქვს სპინი 1, გრავიტონს აქვს სპინი 2.

ცხრილი 4

ნაწილაკები - ოთხი ფუნდამენტური ურთიერთქმედების მატარებლები. მასა გამოიხატება პროტონული მასის ერთეულებში.

ეს მნიშვნელოვანი განსხვავებაა, რადგან ის განსაზღვრავს ძალის მიმართულებას: ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედებისას მსგავსი დამუხტული ნაწილაკები, როგორიცაა ელექტრონები, იგერიებენ ერთმანეთს, ხოლო გრავიტაციული ურთიერთქმედებისას ყველა ნაწილაკი იზიდავს ერთმანეთს.

გრავიტონები შეიძლება იყოს რეალური და ვირტუალური. ნამდვილი გრავიტონი სხვა არაფერია, თუ არა გრავიტაციული ტალღის კვანტი, ისევე როგორც ნამდვილი ფოტონი არის ელექტრომაგნიტური ტალღის კვანტი. პრინციპში რეალური გრავიტონების „დაკვირვება“ შესაძლებელია. მაგრამ იმის გამო, რომ გრავიტაციული ურთიერთქმედება წარმოუდგენლად სუსტია, გრავიტონების პირდაპირ აღმოჩენა შეუძლებელია. გრავიტონების ურთიერთქმედება სხვა კვანტურ ნაწილაკებთან იმდენად სუსტია, რომ გრავიტონის, მაგალითად, პროტონის მიერ გაფანტვის ან შთანთქმის ალბათობა უსასრულოდ მცირეა.

გადამზიდავი ნაწილაკების გაცვლის ძირითადი იდეა ვრცელდება სხვა ურთიერთქმედებებზე (ცხრილი 4) - სუსტი და ძლიერი. თუმცა, დეტალებში მნიშვნელოვანი განსხვავებებია. შეგახსენებთ, რომ ძლიერი ურთიერთქმედება უზრუნველყოფს კვარკებს შორის კავშირს. ასეთი კავშირი შეიძლება შეიქმნას ელექტრომაგნიტურის მსგავსი ძალის ველით, მაგრამ უფრო რთული. ელექტრული ძალები იწვევს ორი ნაწილაკების შეკრული მდგომარეობის წარმოქმნას საპირისპირო ნიშნების მუხტით. კვარკების შემთხვევაში წარმოიქმნება სამი ნაწილაკების შეკრული მდგომარეობა, რაც მიუთითებს ძალის ველის უფრო რთულ ბუნებაზე, რომელიც შეესაბამება სამი სახის „მუხტს“. ნაწილაკები - კვარკებს შორის ურთიერთქმედების მატარებლები, რომლებიც აკავშირებენ მათ წყვილებად ან სამეულებად, ე.წ. გლუონები.

სუსტი ურთიერთქმედების შემთხვევაში სიტუაცია გარკვეულწილად განსხვავებულია. ამ ურთიერთქმედების რადიუსი ძალიან მცირეა. მაშასადამე, სუსტი ურთიერთქმედების მატარებლები უნდა იყვნენ დიდი მოსვენების მასის მქონე ნაწილაკები. ასეთ მასაში შემავალი ენერგია უნდა იყოს „ნასესხები“ ჰაიზენბერგის განუსაზღვრელობის პრინციპის შესაბამისად, რომელიც უკვე განხილული იყო გვ. 50. მაგრამ ვინაიდან „ნასესხები“ მასა (და, შესაბამისად, ენერგია) ძალიან დიდია, გაურკვევლობის პრინციპი მოითხოვს, რომ ასეთი სესხის ვადა იყოს უკიდურესად მოკლე - მხოლოდ დაახლოებით 10^-28 წმ. ასეთ ხანმოკლე ნაწილაკებს ძალიან შორს გადაადგილების დრო არ აქვთ და მათ მიერ გადატანილი ურთიერთქმედების რადიუსი ძალიან მცირეა.

რეალურად არსებობს ორი ტიპის სუსტი ურთიერთქმედების მატარებელი. ერთ-ერთი მათგანი ყველაფერში ფოტონის მსგავსია დანარჩენი მასის გარდა. ამ ნაწილაკებს Z- ნაწილაკები ეწოდება. არსებითად, Z- ნაწილაკები ახალი სახის შუქია. სუსტი ურთიერთქმედების მატარებლების სხვა ტიპი, W-ნაწილაკები, განსხვავდება Z- ნაწილაკებისგან ელექტრული მუხტის არსებობით. ჩვ. 7 ჩვენ უფრო დეტალურად განვიხილავთ Z- და W- ნაწილაკების თვისებებს, რომლებიც აღმოაჩინეს მხოლოდ 1983 წელს.

ნაწილაკების კლასიფიკაცია კვარკებად, ლეპტონებად და ძალის მატარებლებად ავსებს ცნობილი სუბატომური ნაწილაკების ჩამონათვალს. თითოეული ეს ნაწილაკი ასრულებს საკუთარ, მაგრამ გადამწყვეტ როლს სამყაროს ფორმირებაში. რომ არ არსებობდეს გადამზიდავი ნაწილაკები, არ იქნებოდა ურთიერთქმედება და თითოეული ნაწილაკი დარჩებოდა იგნორირებული პარტნიორების მიმართ. რთული სისტემები ვერ წარმოიქმნება, ნებისმიერი საქმიანობა შეუძლებელი იქნებოდა. კვარკების გარეშე არ იქნებოდა ატომის ბირთვი ან მზის შუქი. ლეპტონების გარეშე ატომები ვერ იარსებებდნენ, ქიმიური სტრუქტურები და თვით სიცოცხლე არ წარმოიქმნებოდა.

რა ამოცანები აქვს ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკას?

გავლენიანმა ბრიტანულმა გაზეთმა The Guardian-მა ერთხელ გამოაქვეყნა რედაქცია, რომელიც ეჭვქვეშ აყენებს ნაწილაკების ფიზიკის განვითარების სიბრძნეს, ძვირადღირებულ საქმეს, რომელიც მოიხმარს არა მხოლოდ ეროვნული სამეცნიერო ბიუჯეტის მნიშვნელოვან წილს, არამედ საუკეთესო გონების ლომის წილს. ფიზიკოსებმა იციან რას აკეთებენ? - ჰკითხა Guardian-მა. - თუ იციან, რა სარგებლობა მოაქვს? ვის სჭირდება ეს ნაწილაკები ფიზიკოსების გარდა?

ამ პუბლიკაციიდან რამდენიმე თვის შემდეგ, მე მქონდა შესაძლებლობა დავესწრო ლექციას ბალტიმორში, ჯორჯ კევორტის, აშშ-ს პრეზიდენტის მეცნიერების მრჩეველის მიერ. კეივორთი ნაწილაკების ფიზიკასაც მიუბრუნდა, მაგრამ მისი ლექცია სრულიად განსხვავებული ტონით წაიკითხა. ამერიკელმა ფიზიკოსებმა შთაბეჭდილება მოახდინა CERN-ის, ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკის წამყვანი ევროპული ლაბორატორიის ბოლოდროინდელმა განცხადებამ ფუნდამენტური W- და Z- ნაწილაკების აღმოჩენის შესახებ, რომლებიც საბოლოოდ იქნა მიღებული პროტონ-ანტიპროტონის შეჯახების სხივის დიდი ამაჩქარებლის (კოლაიდერის) დროს. ამერიკელები მიჩვეულები არიან იმ ფაქტს, რომ ყველა სენსაციური აღმოჩენა ხდება მაღალი ენერგიის ფიზიკის მათ ლაბორატორიებში. ის ფაქტი, რომ მათ ხელი დაუთმეს პალმას, არ არის მეცნიერული და თუნდაც ეროვნული დაკნინების ნიშანი?

კეუორტს ეჭვი არ ეპარებოდა, რომ ზოგადად შეერთებული შტატების და კონკრეტულად ამერიკის ეკონომიკის აყვავებისთვის, აუცილებელია, რომ ქვეყანამ დაიკავოს წინა პლანზე სამეცნიერო კვლევებში. Keyworth-ის თქმით, ძირითადი ფუნდამენტური კვლევითი პროექტები პროგრესის წინა პლანზეა. შეერთებულმა შტატებმა უნდა დაიბრუნოს თავისი დომინირება ნაწილაკების ფიზიკაში,

იმავე კვირაში გავრცელდა საინფორმაციო არხები გიგანტური ამაჩქარებლის ამერიკული პროექტის შესახებ, რომელიც შექმნილია ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკაში ახალი თაობის ექსპერიმენტების ჩასატარებლად. ძირითადი ღირებულება 2 მილიარდი დოლარი იყო, რაც ამ ამაჩქარებელს ყველაზე ძვირადღირებულ მანქანად აქცევს, რაც კი ოდესმე კაცმა შექმნა. ბიძია სემის ეს გიგანტი, რომელთანაც CERN-ის ახალი ელექტროგადამცემი ხაზის ამაჩქარებელიც კი ჯუჯად გამოიყურება, იმდენად დიდია, რომ მთელი ლუქსემბურგის შტატი შეიძლება მოთავსდეს მის რგოლში! გიგანტური ზეგამტარი მაგნიტები შექმნილია იმისთვის, რომ შექმნან ინტენსიური მაგნიტური ველები, რომლებიც შემოახვევენ ნაწილაკების სხივს რგოლოვანი კამერის გასწვრივ; ეს ისეთი უზარმაზარი სტრუქტურაა, რომ ახალი ამაჩქარებელი სავარაუდოდ უდაბნოში განთავსდება. მინდა ვიცოდე, რას ფიქრობს ამის შესახებ The Guardian-ის რედაქტორი.

ცნობილია როგორც სუპერგამტარი სუპერ კოლაიდერი (SSC), მაგრამ უფრო ხშირად მოიხსენიება როგორც "დეზერტრონი" (ინგლისურიდან. უდაბნო-უდაბნო. - რედ.),ამ ამაზრზენი მანქანას შეეძლება პროტონების აჩქარება ენერგიებამდე, რომელიც დაახლოებით 20 ათასჯერ აღემატება დანარჩენ ენერგიას (მასას). ამ ფიგურების ინტერპრეტაცია შესაძლებელია სხვადასხვა გზით. მაქსიმალური აჩქარების დროს ნაწილაკები მხოლოდ 1 კმ/სთ სიჩქარით მოძრაობენ სინათლის სიჩქარეზე - სამყაროს შემზღუდველ სიჩქარეზე. რელატივისტური ეფექტები იმდენად ძლიერია, რომ თითოეული ნაწილაკის მასა 20 ათასჯერ მეტია, ვიდრე დასვენების დროს. ასეთ ნაწილაკთან ასოცირებულ ჩარჩოში დრო ისე იჭიმება, რომ 1 წამი შეესაბამება 5,5 საათს ჩვენს საცნობარო ჩარჩოში. კამერის ყოველი კილომეტრი, რომლითაც ნაწილაკი გადის, მხოლოდ 5.0 სმ-მდე "მოგვეჩვენება" შეკუმშული.

რა არის უკიდურესი საჭიროება, რაც უბიძგებს სახელმწიფოებს, დახარჯონ ასეთი უზარმაზარი რესურსები ატომის უფრო დამანგრეველ დაშლაზე? არის თუ არა რაიმე პრაქტიკული გამოყენება ასეთ კვლევაში?

ნებისმიერი დიდი მეცნიერება, რა თქმა უნდა, უცხო არ არის ეროვნული პრიორიტეტებისთვის ბრძოლის სულისთვის. აქ, ისევე როგორც ხელოვნებასა თუ სპორტში, სასიამოვნოა პრიზების მოპოვება და მსოფლიო აღიარება. ნაწილაკების ფიზიკა სახელმწიფო ძალაუფლების ერთგვარ სიმბოლოდ იქცა. თუ ის წარმატებით განვითარდება და ხელშესახებ შედეგებს გამოიღებს, მაშინ ეს იმაზე მეტყველებს, რომ მეცნიერება, ტექნოლოგია, ისევე როგორც მთლიანად ქვეყნის ეკონომიკა, ძირითადად, სათანადო დონეზეა. ეს ინარჩუნებს ნდობას სხვა უფრო ზოგადი ტექნოლოგიების ინდუსტრიის პროდუქციის მაღალი ხარისხის მიმართ. ამაჩქარებლის და მასთან დაკავშირებული ყველა აღჭურვილობის შესაქმნელად საჭიროა ძალიან მაღალი დონის პროფესიონალიზმი. ახალი ტექნოლოგიების განვითარებაში მიღებულმა ღირებულმა გამოცდილებამ შეიძლება მოულოდნელი და სასარგებლო გავლენა მოახდინოს სამეცნიერო კვლევის სხვა სფეროებზე. მაგალითად, დეზერტრონისთვის საჭირო სუპერგამტარ მაგნიტების კვლევა და განვითარება აშშ-ში ოცი წელია მიმდინარეობს. თუმცა, ისინი არ იძლევა პირდაპირ სარგებელს და, შესაბამისად, ძნელია შეფასება. არის კიდევ რაიმე ხელშესახები შედეგები?

სხვა არგუმენტი ზოგჯერ ისმის ფუნდამენტური კვლევის მხარდასაჭერად. ფიზიკა ზოგადად ტექნოლოგიაზე უსწრებს დაახლოებით ორმოცდაათი წლით. ამა თუ იმ მეცნიერული აღმოჩენის პრაქტიკული გამოყენება თავიდან სულაც არ არის აშკარა, მაგრამ ფუნდამენტური ფიზიკის მხოლოდ რამდენიმე მნიშვნელოვან მიღწევას არ ჰპოვა პრაქტიკული გამოყენება დროთა განმავლობაში. გავიხსენოთ მაქსველის ელექტრომაგნიტიზმის თეორია: შეეძლო თუ არა მის შემქმნელს განჭვრეტა თანამედროვე ტელეკომუნიკაციებისა და ელექტრონიკის შექმნა და წარმატება? რა შეიძლება ითქვას რეზერფორდის სიტყვებზე, რომ ბირთვული ენერგია ნაკლებად სავარაუდოა, რომ ოდესმე პრაქტიკულ გამოყენებას იპოვის? შესაძლებელია თუ არა იმის პროგნოზირება, თუ რა შეიძლება გამოიწვიოს ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკის განვითარებამ, რა ახალი ძალები და ახალი პრინციპები იქნება აღმოჩენილი, რომლებიც გააფართოვებს ჩვენს გაგებას ჩვენს გარშემო არსებულ სამყაროზე და მოგვცემს ძალას ფიზიკური ფენომენების უფრო ფართო სპექტრზე. და ამან შეიძლება გამოიწვიოს ტექნოლოგიების განვითარება არანაკლებ რევოლუციური ბუნებით, ვიდრე რადიო ან ბირთვული ენერგია.

მეცნიერების უმეტესობამ საბოლოოდ იპოვა სამხედრო გამოყენება. ამ მხრივ, ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკა (განსხვავებით ბირთვული ფიზიკისგან) ჯერჯერობით ხელუხლებელი დარჩა. შემთხვევით, Keyworth-ის ლექცია დაემთხვა პრეზიდენტ რეიგანის საკამათო ანტისარაკეტო პროექტს, ეგრეთ წოდებულ სხივს, იარაღს (ეს პროექტი არის პროგრამის ნაწილი, სახელწოდებით Strategic Defense Initiative, SDI). ამ პროექტის არსი არის მაღალი ენერგიის ნაწილაკების სხივების გამოყენება მტრის რაკეტების წინააღმდეგ. ნაწილაკების ფიზიკის ეს გამოყენება მართლაც ბოროტია.

გაბატონებული აზრია, რომ ასეთი მოწყობილობების შექმნა შეუძლებელია. ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკის სფეროში მომუშავე მეცნიერთა უმრავლესობა ამ იდეებს აბსურდულად და არაბუნებრივით თვლის და კატეგორიულად ეწინააღმდეგება პრეზიდენტის წინადადებას. მეცნიერების დაგმობის შემდეგ, კეივორთმა მოუწოდა მათ „დაფიქრდნენ იმაზე, თუ რა როლის შესრულება შეუძლიათ“ სხივური იარაღის პროექტში. კეივორტის ეს მიმართვა ფიზიკოსებისადმი (რა თქმა უნდა, სრულიად შემთხვევით) მოჰყვა მის სიტყვებს მაღალი ენერგიის ფიზიკის დაფინანსებასთან დაკავშირებით.

ჩემი მტკიცე რწმენაა, რომ მაღალი ენერგიის ფიზიკოსებს არ სჭირდებათ ფუნდამენტური კვლევის საჭიროების დასაბუთება აპლიკაციების (განსაკუთრებით სამხედროების), ისტორიული ანალოგიების ან შესაძლო ტექნიკური სასწაულების ბუნდოვანი დაპირებების მითითებით. ფიზიკოსები ატარებენ ამ კვლევებს, უპირველეს ყოვლისა, მათი ურღვევი სურვილის სახელით, გაარკვიონ როგორ მუშაობს ჩვენი სამყარო, ბუნების უფრო დეტალურად გაგების სურვილი. ნაწილაკების ფიზიკა შეუდარებელია ადამიანის სხვა საქმიანობას შორის. ორნახევარი ათასწლეულის მანძილზე კაცობრიობა ცდილობდა სამყაროს ორიგინალური „აგურის“ პოვნას და ახლა ჩვენ ახლოს ვართ საბოლოო მიზანთან. გიგანტური ინსტალაციები დაგვეხმარება მატერიის გულში შეღწევაში და ბუნებისგან მისი შინაგანი საიდუმლოებების ჩამორთმევაში. კაცობრიობას შეუძლია ელოდოს ახალი აღმოჩენების, მანამდე უცნობი ტექნოლოგიების მოულოდნელ გამოყენებას, მაგრამ შეიძლება აღმოჩნდეს, რომ მაღალი ენერგიის ფიზიკა პრაქტიკისთვის არაფერს მოგცემთ. მაგრამ ყოველივე ამის შემდეგ, დიდებული საკათედრო ტაძრის ან საკონცერტო დარბაზის პრაქტიკული გამოყენება მცირეა. ამასთან დაკავშირებით, არ შეიძლება არ გავიხსენოთ ფარადეის სიტყვები, რომელმაც ერთხელ შენიშნა: "რა სარგებლობა აქვს ახალშობილს?" პრაქტიკისგან შორს მყოფი ადამიანის საქმიანობის სახეები, რომლებიც მოიცავს ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკას, ემსახურება ადამიანის სულის გამოვლენის მტკიცებულებას, რომლის გარეშეც ჩვენ განწირულები ვიქნებით ჩვენს ზედმეტად მატერიალურ და პრაგმატულ სამყაროში.

სუბატომიური ელექტრონები, ნაწილაკების პროტონები და ნეიტრონები

პირველი თანამედროვე ატომისტური თეორია წამოაყენა ჯონ დალტონმა. მან თქვა, რომ თითოეული ქიმიური ელემენტი შედგება ატომებისგან, რომლებიც იგივე ზომისა და მასისაა. ითვლებოდა, რომ ეს ნაწილაკები განუყოფლად და უცვლელად იყვნენ ქიმიური რეაქციის დროს. დალტონმა ისეთი ელემენტების ატომებს, როგორიცაა წყალბადი, ჟანგბადი, აზოტი და გოგირდი, მიანიჭა გარკვეული შედარებითი წონა (უფრო ზუსტად, მასები), ასევე თითოეულ ელემენტს მისცა სპეციფიკური სიმბოლო.

თუმცა მე-19 საუკუნის ბოლოს გაკეთდა არაერთი აღმოჩენა, რომელმაც აჩვენა, რომ ატომი საერთოდ არ არის განუყოფელი ნაწილაკი, არამედ შედგება სუბატომური ნაწილაკებისგან. ამ აღმოჩენებიდან პირველი ეფუძნებოდა უარყოფითად დამუხტული ელექტროდის მიერ გამოსხივებული სხივების შესწავლას. ამ კათოდური სხივების არსებობა აჩვენა 1870-იან წლებში კრუკსის და გოლდშტეინის მიერ ჩატარებული ექსპერიმენტების სერიაში. მაგალითად, კრუკსის ექსპერიმენტში ტურბინაზე, კათოდური სხივები ატრიალებდა პატარა იმპულსს მინის საკიდზე. 1895 წელს ვილჰელმ რენტგენმა აღმოაჩინა რენტგენის სხივები, რომელსაც მოგვიანებით რენტგენი უწოდეს. მომდევნო წელს ანტუან ანრი ბეკერელმა აჩვენა, რომ ურანის მარილი სპონტანურად ასხივებს რენტგენის მსგავს უხილავ გამოსხივებას; ფენომენს რადიოაქტიურობა ეწოდა. რენტგენს და ბეკერელს მიენიჭათ ნობელის პრემია კვლევისთვის.

ელექტრონი.

ელექტრონი იყო პირველი სუბატომური ნაწილაკი, რომელიც აღმოაჩინეს. 1874 წელს ჯ.ჯ.სტოუნმა თქვა, რომ ელექტრული დენი არის უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკების ნაკადი, რომელსაც მან ელექტრონები უწოდა 1891 წელს. თუმცა, ელექტრონის აღმოჩენის პრიორიტეტი თითქმის უნივერსალურად ენიჭება J.J.Tomson-ს, რომელმაც განსაზღვრა ელექტრონის სპეციფიკური მუხტი და ფარდობითი მასა.

ჯოზეფ ჯონ ტომსონმა, ელექტრონის აღმომჩენმა 1897 წელს. ნობელის პრემიის ლაურეატი ფიზიკაში 1906 წელს. მისმა ვაჟმა, ჯორჯ პეჯეტ ტომსონმა, ოქროს ფოლგაში გამავალი ელექტრონების დიფრაქციის შესწავლით დაადასტურა ლუი დე ბროლის თეორია, რომლის მიხედვითაც. თავისუფალი ელექტრონები იქცევიან როგორც ტალღების, ასევე ნაწილაკების სახით. ჯ.პეჯეტ ტომსონმა კ.დევისონთან ერთად 1937 წელს მიიღო ნობელის პრემია ფიზიკაში კრისტალების მიერ ელექტრონის დიფრაქციის აღმოჩენისთვის.

ბრინჯი. 1.1. ტომსონის მოწყობილობა, 1 - კათოდი (-); 2 - ანოდი (+) ხვრელით; 3 - მეორადი ელექტროდები კათოდური სხივების გადახრის მიზნით; 4 - უარყოფილი ადგილი; 5 - უარყოფილი ლაქა; 6 - მანათობელი ეკრანი.

R. E. Milliken.

R. S. Mulliken.

ზოგჯერ, გვარების მსგავსების გამო, მილიკანს ურევენ მულიკენს. ორივე მათგანი ნობელის პრემიის ლაურეატია.

რობერტ ანდრუს მილიკენი არის ამერიკელი ფიზიკოსი, რომელმაც განსაზღვრა ელექტრონის მუხტი ნავთობის წვეთებით ექსპერიმენტებში. ამ ექსპერიმენტში მან ელექტრული მუხტები შექმნა ზეთის უმცირეს წვეთებზე რენტგენის სხივების ზემოქმედებით. წვეთები ნელ-ნელა წყდება კონდენსატორის ორ ჰორიზონტალურ ფირფიტას შორის არსებულ სივრცეში. ცალკეული წვეთების მასის დადგენა შესაძლებელია მისი დაცემის სიჩქარის გაზომვით. შემდეგ კონდენსატორის ფირფიტები დამუხტა და ამან გამოიწვია დამუხტული წვეთების დაცემის სიჩქარის ცვლილება. წვეთების სიჩქარის გაზომვამ მილიკანს საშუალება მისცა გამოეთვალა მათზე მუხტები. მიუხედავად იმისა, რომ მუხტები წვეთებზე არ იყო ერთნაირი, აღმოჩნდა, რომ ისინი ყველა იყო გარკვეული მნიშვნელობის ჯერადი, რაც ელექტრონის მუხტია. მილიკანმა მიიღო ნობელის პრემია ფიზიკაში 1923 წელს.

რობერტ სანდერსონი მალიკენი - ამერიკელი ქიმიკოსი და ფიზიკოსი, ქიმიის დარგში ნობელის პრემია 1966 წელს ქიმიური ბმისა და მოლეკულური სტრუქტურის ბუნების თეორიული კვლევებისთვის. 1920-იან წლებში მან გამოიყენა კვანტური მექანიკა ქიმიური ბმის თეორიული აღწერისა და მოლეკულური სპექტრების ინტერპრეტაციისთვის. კერძოდ, მან შემოიტანა მოლეკულური ორბიტალების იდეა და აჩვენა, რომ ელექტრონების დელოკალიზაცია შესაძლებელია მოლეკულური ორბიტალებით აღწერილ ობლიგაციებზე (იხ. თავი 2).

ტომსონმა ელექტრონი აღმოაჩინა კათოდური სხივებით კვლევის შედეგად. გამონადენი მილის სქემატური გამოსახულება, რომელიც მან გამოიყენა კათოდური სხივების წარმოებისთვის, ნაჩვენებია ნახ. 1.1. გამონადენის მილში დაბალი წნევის და მაღალი ძაბვის (1500 V და მეტი) შექმნის შედეგად, ტომსონმა მიიღო კათოდური სხივები, რომლებიც ქმნიდნენ აშკარად ხილულ ლაქას ლუმინესცენტურ ეკრანზე. ეს ლაქა შეიძლება გადახრილი იყოს გვერდით მეორადი ელექტროდების მიერ შექმნილი ელექტრული ველის საშუალებით. ლაქა ასევე გადაიხარა გვერდით ელექტრული ველის პერპენდიკულარულად მიმართული მაგნიტური ველის მოქმედებით (ეს არ არის ნაჩვენები ნახატზე). ამ დაკვირვებებმა მიიყვანა ტომსონმა დასკვნამდე, რომ კათოდური სხივები არის უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკების ნაკადი, რომელსაც ელექტრონები ეწოდება. მაგნიტური და ელექტრული ველის სიძლიერის გაზომვით და შესაბამისი

ბრინჯი. 1.2. გოლდშტეინის მიერ აღმოჩენილი არხის სხივები. 1 - ანოდი (+); 2 - კათოდი (-) ხვრელებით; 3 - მეორადი ელექტროდი არხის სხივების გადახრისთვის.

წერტილოვანი გადახრები. ტომსონმა შეძლო ამ ნაწილაკების მუხტისა და მასის თანაფარდობის გამოთვლა. მან აღმოაჩინა, რომ რაც არ უნდა აირი გამოიყენებოდა გამონადენი მილის შესავსებად, ღირებულება იგივე რჩებოდა. ამის საფუძველზე ტომსონმა დაასკვნა, რომ ყველა ელემენტის ატომები შეიცავს ელექტრონებს.

1909 წელს რ.ე. მილიკანმა, ჩაატარა თავისი ცნობილი ექსპერიმენტები ნავთობის წვეთებით, განსაზღვრა ელექტრონის მუხტი. ტომსონის მიერ ნაპოვნი თანაფარდობის მნიშვნელობასთან ერთად, ამან შესაძლებელი გახადა ელექტრონის მასის გამოთვლა. ამ რაოდენობების ამჟამად მიღებული მნიშვნელობებია

პროტონი.

მეორე სუბატომური ნაწილაკების აღმოსაჩენად იყო პროტონი. 1886 წელს გოლდშტეინმა დააკვირდა პერფორირებული კათოდის მიერ გამოსხივებულ დადებითად დამუხტულ სხივებს. მან მათ არხის სხივები უწოდა (სურ. 1.2).

1899 წელს რეზერფორდმა აღმოაჩინა რადიოაქტიური და რადიაცია. დაახლოებით ამავე დროს, ტომსონმა შესთავაზა ატომის სტრუქტურის საკუთარი მოდელი, რაც შესაძლებელს ხდის ახსნას ატომში უარყოფითად და დადებითად დამუხტული ნაწილების არსებობა („ქლიავის პუდინგის“ მოდელი, იხილეთ ქვემოთ).

ერნესტ რეზერფორდი.

ერნესტ რეზერფორდი დაიბადა ახალ ზელანდიაში 1871 წლის 30 აგვისტოს. 27 წლის ასაკში ის გახდა ფიზიკის პროფესორი მაკგილის უნივერსიტეტში მონრეალში, კანადა და მალე გახდა ერთ-ერთი წამყვანი ექსპერტი რადიოაქტიურობის კვლევის სწრაფად განვითარებად სფეროში. მან აღმოაჩინა რამდენიმე რადიოაქტიური ელემენტი და დაადგინა ორი ტიპის რადიოაქტიური გამოსხივების არსებობა: და - რადიაცია. ფრედერიკ სოდისთან ერთად მან აღმოაჩინა, რომ რადიოაქტიურობას აქვს გარკვეული ნახევარგამოყოფის პერიოდი. 1907 წელს რეზერფორდი გადავიდა ინგლისში, სადაც 1909 წელს მანჩესტერის უნივერსიტეტში ჰანს გეიგერთან ერთად კიდევ ერთხელ დაამტკიცა, რომ - ნაწილაკები ორმაგად დამუხტული ჰელიუმის იონებია. 1908 წელს რეზერფორდმა მიიღო ნობელის პრემია რადიოაქტიურობის კვლევისთვის. 1910 წელს, გეიგერთან და მარსდენთან ერთად, მან აღმოაჩინა, რომ - ნაწილაკები, რომლებიც გადიან თხელი ლითონის კილიტაში, გადახრილია მათი საწყისი მოძრაობის მიმართულებიდან. ამ აღმოჩენამ მიიყვანა რეზერფორდმა 1911 წელს ატომის სტრუქტურის ახალი, პლანეტარული მოდელის შექმნამდე. 1914 წელს მან შესთავაზა პროტონის არსებობა, ხოლო 1920 წელს მან იწინასწარმეტყველა ნეიტრონის არსებობა. მეცნიერული დამსახურებისთვის 1914 წელს რეზერფორდი, ინგლისური ჩვეულების თანახმად, აიყვანეს რაინდად, ხოლო 1921 წელს დაჯილდოვდა ღირსების ორდენით. 1915-1930 წლებში იყო ლონდონის სამეფო საზოგადოების პრეზიდენტი, ხოლო 1931 წელს მიიღო თანატოლი. ოი გარდაიცვალა 1937 წლის 19 ოქტომბერს. რეზერფორდი უდავოდ მე-20 საუკუნის ერთ-ერთი ყველაზე გამორჩეული მეცნიერია.

ბრინჯი. 1.3. გეიგერის და მარსდენის ექსპერიმენტი. a - ა-ნაწილაკების გაფანტვა თხელი ოქროს ფოლგის ფურცლის გავლის შემდეგ. ნაწილაკების უმეტესობა გადის ფოლგაში გადახრის გარეშე, მაგრამ ზოგიერთი ნაწილაკი რიკოშეტირდება უკან წყაროსკენ; b - რეზერფორდის ვარაუდით, რიკოშეტირებადი ნაწილაკები განიცდიან შეჯახებას ატომის ბირთვთან მისი ბირთვით. ამ დაკვირვებამ აიძულა რეზერფორდი წამოეყენებინა ატომის სტრუქტურის ახალი მოდელი.

1909 წელს რეზერფორდმა აჩვენა, რომ მანამდე აღმოჩენილი გამოსხივება დადებითად დამუხტული ჰელიუმის ატომების გამო იყო. თუმცა, ამ დადებითი ნაწილაკების ნამდვილი ბუნების დადგენა მხოლოდ 1914 წელს მოხდა გეიგერის და მარსდენის ცნობილი ექსპერიმენტის შემდეგ.

ჰანს გეიგერი და ერნესტ მარსდენი რეზერფორდის სტუდენტები იყვნენ. 1910 წელს მათ ჩაატარეს ექსპერიმენტები, რომლებშიც ოქროს ფოლგის თხელი ფურცლები დაბომბეს a-ნაწილაკების სხივით (ნახ. 1.3). ზოგიერთმა a-ნაწილაკმა გადახრის გარეშე გაიარა ფოლგაში (ხაზი A), ზოგი კი გადაიხარა თავდაპირველი მიმართულებიდან (ხაზი B). ყველას გასაკვირად, დაახლოებით 20000 ნაწილაკიდან 1 გადაიხარა უკან (ხაზი C). ”ეს თითქმის ისეთივე წარმოუდგენელი იყო,” თქვა მოგვიანებით რეზერფორდმა, ”თითქოს თქვენ ესროლეთ 15 დიუმიანი ჭურვი ქაღალდის ნაჭერზე, ჭურვი კი უკან გაბრუნდა და მოხვდა.” ამ ექსპერიმენტიდან მოჰყვა, რომ ატომის ცენტრში არის ძალიან პატარა დადებითად დამუხტული ბირთვი, რომელიც გარშემორტყმულია შედარებით შორეული სინათლის უარყოფითად დამუხტული ელექტრონებით.

შემდეგ რეზერფორდმა იწინასწარმეტყველა პროტონის არსებობა და აჩვენა, რომ მისი მასა ელექტრონის მასაზე 1800-ჯერ მეტი უნდა იყოს.

ნეიტრონი.

ნეიტრონის არსებობა იწინასწარმეტყველა რეზერფორდმა 1920 წელს, რათა აეხსნა განსხვავება ატომურ მასასა და ატომურ რიცხვს შორის (იხ. ქვემოთ). ნეიტრონი ექსპერიმენტულად აღმოაჩინა 1932 წელს ჯ. ჩადვიკმა შედეგების შესწავლისას

ბერილიუმის დაბომბვა a-ნაწილაკებით. ამავდროულად, ბერილიუმი ასხივებდა მაღალი შეღწევადობის მქონე ნაწილაკებს, რომლებიც არ გადახრებოდნენ ელექტრულ და მაგნიტურ ველებში. ვინაიდან ეს ნაწილაკები ნეიტრალური იყო, მათ ნეიტრონები უწოდეს.

სუბატომური სამყაროს პარადოქსები

მოდით შევაჯამოთ რამდენიმე შედეგი, ნათლად გამოვყოთ ჩვენთვის ცნობილი სუბატომური სამყაროს ყველა პარადოქსი.

1. ატომის, ბირთვისა და ელემენტარული ნაწილაკის დონეზე მატერიას აქვს ორმაგი ასპექტი, რომელიც ერთ სიტუაციაში ვლინდება ნაწილაკების სახით, მეორეში კი - ტალღების სახით. უფრო მეტიც, ნაწილაკს აქვს მეტ-ნაკლებად განსაზღვრული მდებარეობა და ტალღა ვრცელდება სივრცეში ყველა მიმართულებით.

2. მატერიის ორმაგი ბუნება განსაზღვრავს „კვანტურ ეფექტს“, რომელიც მდგომარეობს იმაში, რომ სივრცის შეზღუდულ მოცულობაში მდებარე ნაწილაკი იწყებს ინტენსიურ მოძრაობას და რაც უფრო მნიშვნელოვანი შეზღუდვაა, მით უფრო მაღალია სიჩქარე. ტიპიური „კვანტური ეფექტის“ შედეგია მატერიის სიმტკიცე, ერთი ქიმიური ელემენტის ატომების იდენტურობა და მათი მაღალი მექანიკური სტაბილურობა.

ვინაიდან ატომის მოცულობის შეზღუდვები და მით უმეტეს ბირთვის, ძალზე მნიშვნელოვანია, ნაწილაკების მოძრაობის სიჩქარე უკიდურესად მაღალია. სუბატომური სამყაროს შესასწავლად საჭიროა რელატივისტური ფიზიკის გამოყენება.

3. ატომი სულაც არ ჰგავს პატარა პლანეტურ სისტემას. ბირთვის გარშემო ბრუნავს არა ნაწილაკები - ელექტრონები, არამედ სავარაუდო ტალღები და ელექტრონს შეუძლია ორბიტიდან ორბიტაზე გადაადგილება, შთანთქავს ან ასხივებს ენერგიას ფოტონის სახით.

4. სუბატომურ დონეზე არ არსებობს კლასიკური ფიზიკის მყარი მატერიალური ობიექტები, არამედ ტალღის ალბათური მოდელები, რომლებიც ასახავს ურთიერთობების არსებობის ალბათობას.

5. ელემენტარული ნაწილაკები სულაც არ არის ელემენტარული, მაგრამ უკიდურესად რთული.

6. ყველა ცნობილ ელემენტარულ ნაწილაკს აქვს თავისი ანტინაწილაკი. ნაწილაკებისა და ანტინაწილაკების წყვილი წარმოიქმნება, როდესაც საკმარისი ენერგიაა და გარდაიქმნება სუფთა ენერგიად განადგურების საპირისპირო პროცესით.

7. შეჯახებისას ნაწილაკებს შეუძლიათ გადავიდნენ ერთმანეთში: მაგალითად, პროტონისა და ნეიტრონის შეჯახებისას იბადება პი-მეზონი და ა.შ.

8. არცერთ ექსპერიმენტს არ შეუძლია ერთდროულად გამოიწვიოს დინამიური ცვლადების ზუსტი გაზომვა: მაგალითად, მოვლენის პოზიციის გაურკვევლობა დროში აღმოჩნდება, რომ დაკავშირებულია ენერგიის რაოდენობის გაურკვევლობასთან ისევე, როგორც გაურკვევლობა. ნაწილაკების სივრცითი მდებარეობა დაკავშირებულია მისი იმპულსის გაურკვევლობასთან.

9. მასა ენერგიის ფორმაა; ვინაიდან ენერგია არის დინამიური სიდიდე, რომელიც დაკავშირებულია პროცესთან, ნაწილაკი აღიქმება, როგორც დინამიური პროცესი ენერგიის გამოყენებით, რომელიც ვლინდება როგორც ნაწილაკების მასა.

10. სუბატომური ნაწილაკები არის როგორც გამყოფი, ასევე განუყოფელი. შეჯახებისას ორი ნაწილაკების ენერგია გადანაწილდება და წარმოიქმნება იგივე ნაწილაკები. და თუ ენერგია საკმარისად მაღალია, მაშინ გარდა იმისა, რაც თავდაპირველია, დამატებით შეიძლება წარმოიქმნას ახალი ნაწილაკები.

11. ნაწილაკებს შორის ურთიერთმიზიდულობისა და მოგერიების ძალებს შეუძლიათ ერთიდაიგივე ნაწილაკებად გარდაქმნა.

12. ნაწილაკების სამყარო არ შეიძლება დაიშალოს ერთმანეთისგან დამოუკიდებელ უმცირეს კომპონენტებად; ნაწილაკის იზოლირება შეუძლებელია.

13. ატომის შიგნით მატერია არ არსებობს გარკვეულ ადგილებში, არამედ „შეიძლება არსებობდეს“; ატომური ფენომენი ნამდვილად არ ხდება გარკვეულ ადგილებში და გარკვეული გზით, არამედ "შეიძლება მოხდეს".

14. ექსპერიმენტის შედეგზე გავლენას ახდენს მომზადებისა და გაზომვის სისტემა, რომლის საბოლოო რგოლი დამკვირვებელია. ობიექტის თვისებებს აქვს მნიშვნელობა მხოლოდ ობიექტის დამკვირვებელთან ურთიერთქმედების კონტექსტში, რადგან დამკვირვებელი წყვეტს, თუ როგორ განახორციელებს გაზომვებს და, მისი გადაწყვეტილებიდან გამომდინარე, იღებს დაკვირვებული ობიექტის თვისების მახასიათებელს.

15. სუბატომურ სამყაროში არის არალოკალური კავშირები.

როგორც ჩანს, არის საკმარისი სირთულეები და დაბნეულობა სუბატომურ სამყაროში, რომელიც საფუძვლად უდევს მაკროკოსმოსს. Მაგრამ არა! ეს ყველაფერი არ არის.

რეალობამ, რომელიც აღმოაჩინეს სუბატომური სამყაროს შესწავლის შედეგად, გამოავლინა ცნებების ერთიანობა, რომელიც აქამდე საპირისპირო და შეუთავსებელიც კი ჩანდა. არა მხოლოდ ნაწილაკები ერთდროულად იყოფა და განუყოფელნი, მატერია არის უწყვეტი და უწყვეტი, ენერგია იქცევა ნაწილაკებად და პირიქით და ა.შ., რელატივისტურმა ფიზიკამ კი გააერთიანა სივრცისა და დროის ცნებები. სწორედ ეს ფუნდამენტური ერთობა, რომელიც არსებობს უფრო მაღალ განზომილებაში (ოთხგანზომილებიანი სივრცე-დრო) არის საფუძველი ყველა საპირისპირო ცნების გაერთიანებისა.

ალბათობის ტალღების კონცეფციის შემოღებამ, რამაც გარკვეულწილად გადაჭრა "ნაწილაკ-ტალღის" პარადოქსი, გადაიტანა იგი სრულიად ახალ კონტექსტში, განაპირობა ახალი წყვილის გაჩენა ბევრად უფრო გლობალური წინააღმდეგობების: არსებობა და არარსებობა(ერთი). ატომური რეალობა ამ წინააღმდეგობის მიღმაც დგას.

შესაძლოა, ეს წინააღმდეგობა ყველაზე რთულია ჩვენი ცნობიერებიდან აღქმისთვის. ფიზიკაში შეიძლება აშენდეს კონკრეტული მოდელები, რომლებიც აჩვენებენ გადასვლას ნაწილაკების მდგომარეობიდან ტალღების მდგომარეობაში და პირიქით. მაგრამ არცერთ მოდელს არ შეუძლია ახსნას ყოფიერებიდან არარსებობაზე გადასვლა. ვერცერთი ფიზიკური პროცესი არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას იმ მდგომარეობიდან, რომელსაც ეწოდება ვირტუალური ნაწილაკი, დასვენების მდგომარეობაში გადასვლის ასახსნელად ვაკუუმში, სადაც ეს ობიექტები ქრება.

ჩვენ ვერ ვიტყვით, რომ ატომური ნაწილაკი არსებობს ამა თუ იმ მომენტში და ვერ ვიტყვით, რომ ის იქ არ არის. როგორც ალბათური სქემა, ნაწილაკი შეიძლება არსებობდეს (ერთდროულად!) სხვადასხვა წერტილში და წარმოადგინოს უცნაური სახის ფიზიკური რეალობა, რაღაც არსებობასა და არარსებას შორის. მაშასადამე, ნაწილაკების მდგომარეობას ფიქსირებული დაპირისპირებული ცნებებით ვერ აღვწერთ (შავი – თეთრი, პლუს – მინუს, სიცივე – სიცხე და ა.შ.). ნაწილაკი არ არის განლაგებული გარკვეულ წერტილში და არ არის იქ. ის არ მოძრაობს და არ ისვენებს. იცვლება მხოლოდ სავარაუდო ნიმუში, ანუ ნაწილაკის ტენდენცია გარკვეულ წერტილებში.

ეს პარადოქსი საუკეთესოდ გამოხატა რობერტ ოპენჰაიმერმა, როდესაც თქვა: „მაგალითად, თუ ვკითხავთ, არის თუ არა ელექტრონის მდებარეობა მუდმივი, უნდა ვუთხრათ არა; თუ ვკითხავთ, იცვლება თუ არა ელექტრონის მდებარეობა დროთა განმავლობაში, უნდა ვთქვათ. არა, თუ ვიკითხავთ არის თუ არა ელექტრონი უმოძრაო, უნდა ვუთხრათ არა, თუ ვკითხავთ, მოძრაობს თუ არა, უნდა ვუთხრათ არა. ჯობია არ თქვა!

შემთხვევითი არ არის, რომ ვ. ჰაიზენბერგმა აღიარა: „მახსოვს მრავალი დავა ღმერთთან გვიან ღამემდე, რაც დასრულდა ჩვენი უმწეობის აღიარებით; როდესაც კამათის შემდეგ მეზობელ პარკში გავედი სასეირნოდ, ისევ და ისევ ვუსვამდი ჩემს თავს იგივე კითხვას: "შეიძლება თუ არა ბუნებაში იმდენი აბსურდი, რასაც ატომური ექსპერიმენტების შედეგებში ვხედავთ?"

საპირისპირო ცნებების ისეთი წყვილი, როგორიცაა ძალა და მატერია, ნაწილაკი და ტალღა, მოძრაობა და დასვენება, არსებობა და არარსებობა, გაერთიანებული ერთდროულ ერთიანობაში, წარმოადგენს დღეს კვანტური თეორიის ყველაზე რთულ გასაგებად. ძნელია იმის პროგნოზირება, თუ რა სხვა პარადოქსები, რომლებიც ყველა ჩვენს იდეას თავზე აქცევს, მეცნიერებას შეხვდება.

მძვინვარე სამყარო . მაგრამ ეს ყველაფერი არ არის. ნაწილაკების უნარი, უპასუხონ შეკუმშვას მოძრაობის სიჩქარის გაზრდით, მეტყველებს მატერიის ფუნდამენტურ მობილურობაზე, რაც აშკარა ხდება სუბატომურ სამყაროში ჩაღრმავებისას. ამ სამყაროში ნაწილაკების უმეტესობა მიჯაჭვულია მოლეკულურ, ატომურ და ბირთვულ სტრუქტურებთან და ყველა მათგანი არ არის მოსვენებული, არამედ ქაოტურ მოძრაობაშია; ისინი ბუნებით მობილურია. კვანტური თეორია გვიჩვენებს, რომ მატერია მუდმივად მოძრაობს და არც ერთი წუთით არ ისვენებს.

მაგალითად, რკინის ნაჭერის ხელში აღებისას ჩვენ არ გვესმის და არ ვგრძნობთ ამ მოძრაობას; ის, რკინა, ჩვენთვის უმოძრაო და პასიურად გვეჩვენება. მაგრამ თუ ამ „მკვდარ“ რკინის ნაჭერს შევხედავთ ძალიან მძლავრი მიკროსკოპის ქვეშ, რომელიც საშუალებას მოგვცემს დავინახოთ ყველაფერი, რაც ხდება ატომში, დავინახავთ რაღაც სრულიად განსხვავებულს. გავიხსენოთ რკინის ატომის მოდელი, რომელშიც ოცდაექვსი ელექტრონი ბრუნავს ბირთვის გარშემო, რომელიც შედგება ოცდაექვსი პროტონისა და ოცდაათი ნეიტრონისგან. ბირთვის ირგვლივ ოცდაექვსი ელექტრონის სწრაფი მორევი მწერების ქაოტურ და მუდმივად ცვალებადი გროვას ჰგავს. გასაოცარია, როგორ არ ეჯახებიან ერთმანეთს ეს ველურად მოძრავი ელექტრონები. როგორც ჩანს, თითოეულ მათგანს აქვს ჩაშენებული მექანიზმი, რომელიც ფხიზლად უზრუნველყოფს მათ შეჯახებას.

და თუ ბირთვს შევხედავთ, დავინახავთ პროტონებს და ნეიტრონებს, რომლებიც ცეკვავენ ლამბადას აზარტულ რიტმში, მოცეკვავეების მონაცვლეობით და წყვილების ცვლილებით. ერთი სიტყვით, „მკვდარ“ მეტალში, პირდაპირი და გადატანითი მნიშვნელობით, პროტონების, ნეიტრონების და ელექტრონების ისეთი მრავალფეროვანი მოძრაობა სუფევს, რომლის წარმოდგენა უბრალოდ შეუძლებელია.

ეს მრავალშრიანი, მძვინვარე სამყარო შედგება ატომებისა და სუბატომური ნაწილაკებისგან, რომლებიც მოძრაობენ სხვადასხვა ორბიტაზე ველური სისწრაფით და „ცეკვავენ“ ცხოვრების მშვენიერ ცეკვას ვიღაცის მიერ შექმნილ მუსიკაზე. ყოველივე ამის შემდეგ, ყველა მატერიალური ობიექტი, რომელსაც ჩვენ ვხედავთ ჩვენს ირგვლივ, შედგება ატომებისგან, რომლებიც ერთმანეთთან არის დაკავშირებული სხვადასხვა ტიპის ინტრამოლეკულური ბმებით და ამით ქმნიან მოლეკულებს. მოლეკულაში მხოლოდ ელექტრონები მოძრაობენ არა თითოეული ატომის ბირთვის, არამედ ატომების ჯგუფის გარშემო. და ეს მოლეკულები ასევე იმყოფებიან მუდმივ ქაოტურ რხევაში, რომლის ბუნება დამოკიდებულია ატომების ირგვლივ არსებულ თერმულ პირობებზე.

ერთი სიტყვით, სუბატომურ და ატომურ სამყაროში რიტმი, მოძრაობა და განუწყვეტელი ცვლილება სუფევს. მაგრამ ყველა ცვლილება არ არის შემთხვევითი და არა თვითნებური. ისინი მიჰყვებიან ძალიან მკაფიო და მკაფიო ნიმუშებს: ყველა ამა თუ იმ სახის ნაწილაკი აბსოლუტურად იდენტურია მასით, ელექტრული მუხტით და სხვა დამახასიათებელი მაჩვენებლებით; ყველა დამუხტულ ნაწილაკს აქვს ელექტრული მუხტი, რომელიც ან ელექტრონის მუხტის ტოლია, ან საპირისპირო ნიშნით, ან ორჯერ აღემატება მას; და ნაწილაკების სხვა მახასიათებლებს შეუძლიათ მიიღონ არა რაიმე თვითნებური მნიშვნელობები, არამედ მათი მხოლოდ შეზღუდული რაოდენობა, რაც მეცნიერებს საშუალებას აძლევს ნაწილაკების დაყოფა რამდენიმე ჯგუფად, რომლებსაც ასევე შეიძლება ეწოდოს "ოჯახები" (24).

უნებურად ჩნდება კითხვები: ვინ შექმნა მუსიკა სუბატომური ნაწილაკების საოცარი ცეკვისთვის, ვინ დააყენა საინფორმაციო პროგრამა და ასწავლა წყვილებს ცეკვა, რა მომენტში დაიწყო ეს ცეკვა? სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ: როგორ ყალიბდება მატერია, ვინ შექმნა, როდის მოხდა? ეს ის კითხვებია, რომლებზეც მეცნიერება პასუხებს ეძებს.

სამწუხაროდ, ჩვენი მსოფლმხედველობა შეზღუდული და მიახლოებითია. ბუნების ჩვენი შეზღუდული გაგება იწვევს შეზღუდული "ბუნების კანონების" შემუშავებას, რაც საშუალებას გვაძლევს აღვწეროთ ფენომენების დიდი რაოდენობა, მაგრამ სამყაროს ყველაზე მნიშვნელოვანი კანონები, რომლებიც გავლენას ახდენენ ადამიანის მსოფლმხედველობაზე, ჩვენთვის ჯერ კიდევ დიდწილად უცნობია.

„ფიზიკოსთა უმრავლესობის დამოკიდებულება შიზოფრენიკის მსოფლმხედველობას წააგავს“, ამბობს კვანტური ფიზიკოსი ფრიც რორლიხი სირაკუზის უნივერსიტეტიდან. ერთის მხრივ, ისინი იღებენ კვანტური თეორიის სტანდარტულ ინტერპრეტაციას. მეორე მხრივ, ისინი დაჟინებით ამტკიცებენ კვანტური სისტემების რეალობას, თუნდაც ისინი ფუნდამენტურად დაუკვირვებადი იყოს“.

მართლაც უცნაური პოზიცია, რომელიც შეიძლება ასე გამოითქვას: „არ ვაპირებ ამაზე ფიქრს, თუნდაც ვიცოდე, რომ ეს სიმართლეა“. ეს პოზიცია ბევრ ფიზიკოსს აფერხებს კვანტური ფიზიკის ყველაზე საოცარი აღმოჩენების ლოგიკური შედეგების განხილვას. როგორც კორნელის უნივერსიტეტის დევიდ მერმინი აღნიშნავს, ფიზიკოსები იყოფა სამ კატეგორიად: პირველი, მცირე უმცირესობა, რომელსაც აწუხებს აშკარა ლოგიკური შედეგები; მეორე არის ჯგუფი, რომელიც თავს არიდებს პრობლემას მრავალი მოსაზრებებისა და არგუმენტების დახმარებით, უმეტესწილად დაუსაბუთებელი; და ბოლოს, მესამე კატეგორია - ვისაც არ აქვს რაიმე მოსაზრება, მაგრამ არ აინტერესებს. "ეს პოზიცია, რა თქმა უნდა, ყველაზე კომფორტულია", - აღნიშნავს მერმინი (1).

მიუხედავად ამისა, მეცნიერებმა იციან, რომ ყველა მათი თეორია, რომელიც აღწერს ბუნებრივ მოვლენებს, მათ შორის "კანონების" აღწერას, არის ადამიანის ცნობიერების პროდუქტი, სამყაროს ჩვენი სურათის კონცეპტუალური სტრუქტურის შედეგები და არა თავად რეალობის თვისებები. ყველა სამეცნიერო მოდელი და თეორია არის მხოლოდ მიახლოება საქმის ნამდვილ მდგომარეობასთან. არცერთ მათგანს არ შეუძლია თქვას, რომ არის საბოლოო სიმართლე. თეორიების შეუსაბამობა, პირველ რიგში, გამოიხატება ეგრეთ წოდებული "ფუნდამენტური მუდმივების" გამოყენებაში, ანუ რაოდენობებში, რომელთა მნიშვნელობები არ არის მიღებული შესაბამისი თეორიებიდან, მაგრამ განისაზღვრება ემპირიულად. კვანტურ თეორიას არ შეუძლია ახსნას, თუ რატომ აქვს ელექტრონს ასეთი მასა და ასეთი ელექტრული მუხტი, ხოლო ფარდობითობის თეორია ვერ ხსნის სინათლის სიჩქარის მხოლოდ ასეთ მნიშვნელობას.

რა თქმა უნდა, მეცნიერება ვერასოდეს შეძლებს შექმნას იდეალურ თეორიას, რომელიც ყველაფერს აგიხსნის, მაგრამ ამისკენ მუდმივად უნდა იბრძოდეს, თუნდაც ეს მიუწვდომელი საზღვარი იყოს. ვინაიდან რაც უფრო მაღალია ზოლი, რომელზედაც მხტუნავი უნდა გადახტეს, მით უფრო დიდ სიმაღლეს აიღებს, თუნდაც რეკორდი არ დაამყაროს. და მეცნიერები, როგორც მხტუნავი ვარჯიშზე, მუდმივად ამაღლებენ ბარიერს, თანმიმდევრულად ავითარებენ ინდივიდუალურ ნაწილობრივ და მიახლოებულ თეორიებს, რომელთაგან თითოეული უფრო ზუსტია, ვიდრე წინა.

დღეს მეცნიერებას უკვე აქვს არაერთი კერძო თეორია და მოდელი, რომლებიც საკმაოდ წარმატებით აღწერს ტალღური კვანტური რეალობის ზოგიერთ ასპექტს, რომელიც აღგვძრავს. მრავალი მეცნიერის აზრით, ყველაზე პერსპექტიული თეორიები - ცნობიერებაზე დაფუძნებული თეორიული ფიზიკის შემდგომი განვითარების საყრდენი, არის ჯეფრი ჩუს "ბუტსტრაპ" ჰიპოთეზა, დევიდ ბომის თეორია და ბრუნვის ველების თეორია. და რუსი მეცნიერების უნიკალური ექსპერიმენტული ნამუშევარი აკადემიკოს V.P. კაზნაჩეევის ხელმძღვანელობით დიდწილად ადასტურებს სამყაროსა და ცნობიერების შესწავლის მიდგომების სისწორეს, რომლებიც ჩართულია ამ ჰიპოთეზებსა და თეორიებში.

წიგნიდან ჰიპერბორეული სწავლება ავტორი ტატიშჩევი ბ იუ

2. 1. თანამედროვე რუსეთის პარადოქსები. დრო შეიცვალა. ამჟამინდელ „დემოკრატს“ რუსეთისა და მისი ხალხის ძარცვის გასაგრძელებლად გარკვეული ძალისხმევა უწევს „ეკონომიკის სტაბილიზაციისთვის“. ხოლო „პატრიოტებმა – სუვერენებმა“ უკვე დიდი ხანია გავლილი აქვთ მათთვის გამოყოფილი ყველა ვადა

წიგნიდან სხვა სამყაროების ფენომენები ავტორი კულსკი ალექსანდრე

თავი 11. პარადოქსები, რომლებიც არასდროს არსებობდა ერთ-ერთი ყველაზე ქვაკუთხედი, ფუნდამენტური ქვა, რომელიც საფუძვლად უდევს ტრადიციულ ფიზიკას და ფილოსოფიას, არის მიზეზობრიობის პრინციპი. ანუ „რკინის“ ერთმნიშვნელოვნება მიზეზ-შედეგობრივ ურთიერთობაში. ამიტომ, პირველ რიგში,

წიგნიდან სულის ფიზიკის საფუძვლები ავტორი სკლიაროვი ანდრეი იურიევიჩი

თავი 6 ”ყველაფერი ცოცხალია, მაგრამ პირობითად ჩვენ განვიხილავთ მხოლოდ იმას, რაც თავს საკმარისად ძლიერად გრძნობს, რომ იყოს ცოცხალი.” კ. ციოლკოვსკი მატერიალურ მაკროკოსმოსში, როგორც ცნობილია, მატერია (როგორც ერთი

წიგნიდან დონ ხუანის უკანასკნელი აღთქმა: ტოლტეკის მაგია და ეზოთერული სულიერება ავტორი კაპტენ (ომკაროვი) იური (არტური) ლეონარდოვიჩი

6. ჯანმრთელობის პარადოქსები მაგიისა და სულიერების პოზიციიდან, მიუხედავად იმისა, რომ თვითგანკურნების მაგიის მრავალი ასპექტი უკვე აღინიშნა ზემოთ და მე მომიწია მისი გამეორება არაერთხელ, აზრი აქვს სისტემატიზაციას და გაერთიანებას. ხანგრძლივი ჯანმრთელობის მოპოვების გზით

წიგნიდან უცხოპლანეტელები: სტუმრები მარადისობიდან ავტორი კომისაროვი ვიტალი სერგეევიჩი

უძველესი ცოდნის პარადოქსები "... წარსულის შესახებ ჩვენს ფესვგადგმულ შეხედულებებში, ნეოლითის წინაპარი ყოველთვის წარმოდგენილი იყო ბეწვიანი ბავშვის სახით, რომელიც მისდევდა მამონტს. მაგრამ მოულოდნელი აღმოჩენები ერთმანეთის მიყოლებით დაეცა..." ვინ იყვნენ ჩვენი წინაპრები? ეს კითხვა, როგორც ჩანს, დიდი ხნის წინ იყო

წიგნიდან „დროის ბუნება: ჰიპოთეზა დროის წარმოშობისა და ფიზიკური არსის შესახებ“ ავტორი სანაპირო ანატოლი მაკაროვიჩი

3.3. დროის გამოცანები და პარადოქსები ეჭვები ამ მონაკვეთის წინამდებარე ნაწარმოებში ჩართვისა თუ არა ბოლო წუთამდე არ დამტოვებდა. ერთის მხრივ, მინდა ვცადო ახსნა დროის ზოგიერთი საიდუმლო და პარაფსიქოლოგიის ფენომენი, მაგრამ, მეორე მხრივ, ეს

წიგნიდან ცხოვრება საზღვრებს გარეშე. მორალური კანონი ავტორი

3.3.1. დროის ფიზიკური პარადოქსები ”1912 წლის ზაფხულში ... დიდი ბრიტანეთის გაზეთებმა აღწერა იდუმალი ამბავი, რომელიც მოხდა ექსპრეს მატარებელში ლონდონიდან გლაზგოში. ერთ-ერთ მანქანაში მომხდარი შემთხვევის თვითმხილველები იყვნენ ერთმანეთისთვის უცნობი ორი მგზავრი -

წიგნიდან ცხოვრების სწავლება ავტორი როერიხ ელენა ივანოვნა

წიგნიდან წიგნი 3. გზები. გზები. შეხვედრები ავტორი სიდოროვი გეორგი ალექსეევიჩი

წიგნიდან ცხოვრების სწავლება ავტორი როერიხ ელენა ივანოვნა

წიგნიდან სამყაროს მართვის ხელოვნება ავტორი ვინოგროდსკი ბრონისლავ ბრონისლავოვიჩი

[მსოფლიოს დედის სიმბოლო, რომელიც თავის სახეს მალავს სამყაროს] შეგახსენებთ, რომ სამყაროს დედამ თავისი სახე კაცობრიობასაც კოსმიური მიზეზების გამო დაუმალა. როდესაც ლუციფერმა გადაწყვიტა ქალის დამცირება კაცობრიობაზე ძალაუფლების ხელში ჩაგდების მიზნით, კოსმიური პირობები ხელს უწყობს ასეთ

წიგნიდან ცხოვრება საზღვრებს გარეშე. მორალური კანონი ავტორი ჟიკარენცევი ვლადიმერ ვასილიევიჩი

სახელმწიფოთა მართვა ცნობიერების პარადოქსები როგორც კი გაჩნდება სურვილი გაუმჯობესდეს მდგომარეობა, ეს ნიშნავს, რომ მოხდა გაუარესება. როგორც კი აპირებ საკუთარი თავის გაუმჯობესებას, ეს ნიშნავს, რომ აღმოაჩინე ახალი ნაკლოვანებები. განზრახვა იბადება იქ, სადაც ის იპოვება.

წიგნიდან როგორ დაგეხმარებათ სიზმრები და ხელწერა წარსულის შეცდომების გამოსწორებაში ანტის ჯეკის მიერ

სახელმწიფო მენეჯმენტი დიდის პარადოქსები ცნობიერების განვითარების პრინციპები შეიძლება გამოიხატოს სტაბილური განმარტებებით: სიცხადის შინაგანი მდგომარეობა სრულყოფილების გაგებაში შეიძლება გამოიხატოს გარეგნულად, როგორც გაუგებრობის სიბნელე. პროგრესის შინაგანი მდგომარეობა სრულყოფის გზაზე.

წიგნიდან უკვდავების კოდი. ჭეშმარიტებები და მითები მარადიული სიცოცხლის შესახებ ავტორი პროკოპენკო იგორ სტანისლავოვიჩი

რუსული ცხოვრების პარადოქსები რუსეთში კანონები და ლოგიკა არ მუშაობს, რადგან ჩვენს ქვეყანაში მთავარი კანონი არის გული, ცენტრი, სადაც ყველა დაპირისპირება იყრის თავს. გული განსჯის სამყაროს, ადამიანებსა და ფენომენებს, სამყაროსა და საგნების ერთიანობიდან გამომდინარე, ამიტომ მისთვის კანონები არ არსებობს.

ავტორის წიგნიდან

თავი 14 სიზმრები, რომლებიც გვაღვიძებენ (ან სიზმრები-პარადოქსები) წინასწარმეტყველური, ანუ წინასწარმეტყველური სიზმრები, ყველაზე ხშირად განვასხვავებთ ნათელი შეფერილობით და შეგრძნებების სიმკვეთრით. მაგრამ იგივე ეხება სიუჟეტის ან სურათის პარადოქსალურობას... დავუბრუნდეთ ჩვენს ალისას. კონტექსტიდან ამოვიღებ პარადოქსულად დაკავშირებულ სურათებს.

ავტორის წიგნიდან

თავი 3. დღეგრძელობის პარადოქსები 2013 წლის ზაფხულში მეცნიერებმა გააკეთეს სენსაციური პროგნოზი: ფაქტიურად 10 წელიწადში ადამიანის სიცოცხლის საშუალო ხანგრძლივობა შეიძლება გაორმაგდეს და გრძელვადიან პერსპექტივაში შესაძლებელია სიბერის დამარცხება, შემდეგ კი სიკვდილი. გერმანელი მეცნიერები კიელიდან

სუბატომური ფიზიკა ძალიან პოპულარულია. ამ მიმართულებით კვლევისთვის მეცნიერები ხშირად იღებენ ნობელის პრემიას. ნეიტრინოები წარმოუდგენლად პოპულარულია. ამ ნაწილაკისთვის ოთხი ჯილდო გადაეცა. 1988 წელს აღინიშნა მუონური ნეიტრინოს აღმოჩენა. 1995 წელს ფრედ რეინერსმა მიიღო პრიზი ნეიტრინოების რეგისტრაციისთვის. 2002 წელს რეი დევისმა და მასატოში კოშიბამ გაზომეს რამდენ ნეიტრინოს აგზავნის მზე დედამიწაზე. წელს ტაკააკი კაჯიტამ და არტურ მაკდონალდმა გაიზიარეს პრიზი იმის დემონსტრირებისთვის, თუ როგორ შეიძლება ნეიტრინოები გადავიდეს ერთი ფორმიდან მეორეში.

ვოლფგანგ პაული, რომელმაც იწინასწარმეტყველა ნეიტრინო, ასევე მიიღო ნობელის პრემია, მაგრამ ნაწილაკების ფიზიკაში განსხვავებული აღმოჩენისთვის. შესაძლოა, ის სხვას მიიღებდა ნეიტრინოსთვის, მაგრამ მან თავისი აღმოჩენა გამოაქვეყნა წერილის სახით ფიზიკოსთა კონფერენციაზე, რომელსაც არ ესწრებოდა.

თუმცა, ყველაზე პოპულარული სუბატომური ნაწილაკი მიკროკოსმოსის ერთადერთი სიურპრიზი არ არის. არსებობს ათეული სხვადასხვა აღმოჩენა, რომელსაც შეიძლება ეწოდოს განსაცვიფრებელი.

10. სუბატომური ნაწილაკების არსებობა

მთელი მე-19 საუკუნის განმავლობაში ატომების არსებობა კითხვის ნიშნის ქვეშ იყო, ქიმიაში ატომური თეორიის წარმატების წყალობით, რომელიც გამოთქვა ინგლისელმა სკოლის მასწავლებელმა ჯონ დალტონმა. მანამდე ატომები იყო აბსტრაქტული ფილოსოფიური კონცეფცია, რომელიც გამოიყენებოდა მატერიის სასრული ბუნების შესახებ დისკუსიებში, მაგრამ განიხილებოდა ექსპერიმენტული კვლევის მიღმა. ბევრი ფიზიკოსი, ზოგადად, ატომებს ფიქციად თვლიდა, რაც ხელსაყრელია ამ ექსპერიმენტების ასახსნელად, მაგრამ არარეალური.

დაგროვდა მონაცემები და უნდა აღიარებულიყო, რომ თუ ატომები არ არსებობდნენ, მაშინ მათ მსგავსი განუყოფელი სტრუქტურა უნდა არსებობდეს. ატომების არსებობის დამადასტურებელი ქვა იყო მენდელეევის პერიოდულ სისტემაში ელემენტების თვისებების გამეორება. 1897 წელს ტომსონმა გამოაცხადა პირველი ელემენტარული ნაწილაკის, ელექტრონის აღმოჩენა, რომელმაც მთლიანად უარყო ატომების განუყოფლობა.

9. ატომის ბირთვი

სანამ ფიზიკოსებს ექნებოდათ დრო, მიეღოთ იდეა, რომ ატომები არსებობს, მათ უნდა დაეწყოთ ის ფაქტი, რომ ისინი შედგება ცალკეული ნაწილებისგან. ტომპსონმა შესთავაზა, რომ უარყოფითი ელექტრონები ალუბლის მსგავსად ცურავდნენ დადებითად დამუხტულ პუდინგში. მაგრამ როდესაც ერნესტ რეზერფორდმა და მისმა თანაშემწეებმა მოახერხეს ალფა ნაწილაკებით ოქროს თხელი ფურცლის გადაღება, ზოგიერთი „ვაზნა“ უკან დაბრუნდა. ამან გააკვირვა რეზერფორდი, მან თქვა, რომ ეს შედარებული იქნებოდა ქსოვილის ქაღალდზე სროლასთან, რომელშიც საარტილერიო ჭურვები უკან გაფრინდა. მეცნიერი ვარაუდობს, რომ ატომის შიგნით არის პატარა ბურთი, დღეს ჩვენ მათ ბირთვებს ვუწოდებთ.

8. ნეიტრონები

1930-იანი წლებისთვის ფიზიკოსებმა იცოდნენ ორი სუბატომური ნაწილაკების, პროტონისა და ელექტრონის არსებობის შესახებ, და როგორც ჩანს, ხსნიდნენ ყველაფერს, გარდა ერთისა, თუ რატომ არ ფრინდებიან დადებითად დამუხტული პროტონები. 1920 წელს რეზერფორდმა გამოთქვა ვარაუდი, რომ მათ ბირთვში სხვა ნაწილაკი, ნეიტრონი იკავებდა. 1932 წელს ჯეიმს ჩადვიკმა აღმოაჩინა ნეიტრალური ნაწილაკი. ელემენტარული ნაწილაკების რაოდენობა მუდმივად იზრდებოდა.

ნეიტრონის აღმოჩენა დიდი სიურპრიზი იყო ფიზიკოსებისთვის. როდესაც რეზერფორდმა წამოაყენა იდეა ნეიტრონის არსებობის შესახებ, ცოტამ თუ დაიჯერა, შესაძლოა მხოლოდ ჩადვიკმა.

7 სუბატომური ნაწილაკი სინამდვილეში ტალღებია

ეს სიურპრიზი საკმაოდ კომიკურ ისტორიას უკავშირდება. 1906 წელს ტომსონმა მიიღო ნობელის პრემია სუბატომური ნაწილაკების, ელექტრონის არსებობის ექსპერიმენტულად დამტკიცებისთვის. 1973 წელს მისმა ვაჟმა ჯორჯმაც მიიღო ეს ჯილდო, რადგან მან შეძლო ეჩვენებინა, რომ ელექტრონი არის ტალღა, ყოველ შემთხვევაში, ზოგჯერ. ტალღა-ნაწილაკების ეს ორმაგი კვანტური ფიზიკის ცენტრშია.

6. ნეიტრინოს გამოვლენა

1934 წელს ბეთემ და რუდოლფ პეიერლებმა დაამტკიცეს, რომ ნეიტრინო სუსტად ურთიერთქმედებს მატერიასთან და სისულელე იქნებოდა თუნდაც ერთის აღმოჩენა. თქვენ გჭირდებათ მყარი ნივთიერების რეზერვუარი 1000 სინათლის წლის დიამეტრით. მაგრამ ატომური დაშლა მაშინვე აღმოაჩინეს და ბირთვული რეაქტორები გამოიგონეს. ფიზიკოსებმა მიიღეს ნეიტრინოების ნაყოფიერი წყარო.

5. ელემენტარული ნაწილაკები არც თუ ისე ელემენტარული აღმოჩნდა

უკვე 1950 წლისთვის აღმოაჩინეს მრავალი სუბატომური ნაწილაკი, არა მხოლოდ განუყოფელი ატომი აღმოჩნდა გამყოფი, არამედ მისი ნაწილაკების რაოდენობამ ორმოცდაათს გადააჭარბა. ერთ-ერთმა ნობელის პრემიის ლაურეატმა, ლეონ ლადერმანმა, ხუმრობითაც კი თქვა, რომ თუ მას ყველა სუბატომური ნაწილაკების სახელების სწავლა მოუწევდა, ბოტანიკოსი გახდებოდა. ფიზიკოსებმა დაიწყეს ეჭვი, რომ ელემენტარულ ნაწილაკებს აქვთ საკუთარი დეტალები.

4. კვარკები

1950 წელს ფიზიკოსებმა შეიტყვეს სუბატომური ნაწილაკების შესახებ, რომლებიც არ არიან ატომების ნაწილი. 1960 წელს გაჩნდა იდეა, რომ ელემენტარული ნაწილაკები შედგება პატარა აგურისგან, რომლებსაც აქვთ წილადი მუხტი. მიურეი გელ-მანმა ამ ნაწილაკებს კვარკები უწოდა, იდეა ინოვაციური იყო, რადგან მანამდე ითვლებოდა, რომ წილადი მუხტები სისულელეა. რამდენიმე წლის შემდეგ ექსპერიმენტატორების კიდევ ერთი სიურპრიზი - მათ მოახერხეს კვარკების არსებობის დადასტურება.

3. სიმეტრიის დარღვევა

სუბატომური ნაწილაკების აღმოჩენების აფეთქებამდე დიდი ხნით ადრე, პატივცემულმა მათემატიკოსმა ჰერმან ვეილმა აღნიშნა, რომ ბუნებამ არაფერი იცის პარიტეტის შესახებ. ეჭვგარეშეა, რომ ბუნების ყველა კანონი უცვლელია მარჯვენა და მარცხენა გადაწყობის დროს. მაგრამ 1956 წელს ჩენ ნინგ იანგმა და ცუნ-დაო ლიმ შემოგვთავაზეს იდეა, რომ მარცხნივ-მარჯვენა სიმეტრიის წესი არ მუშაობს ზოგიერთ შემთხვევაში, როდესაც საქმე სუბატომურ ნაწილაკებს ეხებოდა. ეს იყო სენსაცია, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც ექსპერიმენტატორების დადასტურებები გამოჩნდა.

2. პროტონების სტაბილურობა

ატომის ბირთვის გარეთ ნეიტრონები უკიდურესად არასტაბილურია და რამდენიმე წუთში იშლება პროტონად, ელექტრონად და ანტინეიტრინოდ. მაგრამ, როგორც ჩანს, პროტონი უჩვეულოდ სტაბილურია და შეიძლება სამუდამოდ განუყოფელი დარჩეს. მიუხედავად იმისა, რომ თეორეტიკოსებმა 1970-იან წლებში დაიწყეს სჯეროდა, რომ პროტონები უნდა დაიშალონ მინიმუმ ტრილიონობით ტრილიონ წელიწადში, მიუხედავად ყველა მცდელობისა ასეთი მოვლენის იდენტიფიცირებისთვის, მეცნიერებმა ვერ შეძლეს მისი გამოსწორება. ამან დიდი გაოცება გამოიწვია. ყველაფერი იშლება, პროტონები კი არა.

1. ანტიმატერია

1932 წელს აღმოაჩინეს არა მხოლოდ ნეიტრონი, არამედ პოზიტრონიც. იგი გამოითვალა კარლ ანდერსონმა, აანალიზებდა კოსმოსური სხივების კვალს ღრუბლის კამერაში. ანაბეჭდებს შორის ფიზიკოსმა აღმოაჩინა ისეთი, რომელიც ელექტრონს ჰგავდა, მაგრამ არასწორი მიმართულებით იყო მოხრილი. აღმოჩნდა, რომ ეს იყო პოზიტრონი, ელექტრონის ანტინაწილაკი, ანდერსონმა მას დადებითი ელექტრონი უწოდა. ანტიმატერიის ნაწილაკების აღმოჩენა დიდი სიურპრიზი იყო, მაგრამ ის სრულად შეესაბამებოდა პოლ დირაკის თეორიულ გამოთვლებს. გასაოცარია, რომ ვინმეს შეეძლო რაიმე უცნაურის არსებობის დასკვნა მხოლოდ განტოლებებთან თამაშით.