Хигсс босоны тухай бага зэрэг.

Хигсс босон ягаад чухал болохыг тайлбарлах гэж хичээе. Энэ нөхцөлд би Нарны тухай ярих юм. Тиймээ Манай Нар.

Хигсс босон болон цахилгаан сул тэгш хэмийн эвдрэл их чухал, учир нь нар гэрэлтдэг!

Окей, үүнээс зайлсхийх хийх арга алга, Би үнэхээр наранд хайртай. 

Нар
Нарны X-ray зураг

Нар гэрэлтэж үүгээр дамжин бидний гаригийг дулаан байлгадаг мөн шингэн ус дэлхий дээр оршиж, зарим нэгэн маш амттай ургамал амьдардаг билээ.

Нар гэрэлтэж байна.
-Нар цөмийн нэгдэх урвалаас үүдэн гэрэлтдэг ба Сул цөмийн хүчнээс ихээхэн хамаардаг
-Хүчтэй цөмийн хүч ч чухал гэлээ энэ тохиолдолд чухал биш юм

Нар өөр дотроо цөмийн зуух түлж байдаг бөгөөд энэ нь хоёр төрлийн процессоос бүтнэ:

1. Хүчтэй цөмийн хүч ба 2. Сул цмийн хүч. Эдгээр хоёр төрлийн процесс хамтдаа нарны цөмд гинжин урвалыг тэр бум тэр бум жилийн турш ажиллуулсаар иржээ. Яг л буухиа уралдаантай адил, энэ нөхцөлд сул хүч нь хязгаарын хүчин зүйл бөгөөд нар онолоор тооцоолж гаргасан хэмжээнээс илүү багаар гэрэлтэх шалтгаан болж байдаг. Хэрвээ бид сул хүчийг илүү хүчтэй болговол Нар илүү тод гэрэлтэнэ. Нөгөө талаас сул хүчийг арай багасгавал Нар бүдэг болох юм.

 

Сул цөмийн хүч.
Фермигийн тогтмол болон Хигсс орны VEV-н хамаарал.

Цацраг идэвхит задралаас бид сул хүчний хэмнэл нь Фермигийн тогтмол гэх физикийн тогтмолоос хамаардаг болохыг ойлгосон. Фермигийн тогтмолыг GF гэж тэмдэглэнэ. Хигсс босон болон Хигсс Механизмаас авч үзвэл, дээрх фермигийн тогтмол нь тэр чигээрээ V гэх тогтмол зүсээ хувиргасан болох нь харагддаг. Энэхүү хоёр дахь физикийн тогтмол V-г Higgs vacuum expectation value товчилоод VEV гэж нэрлэдэг бөгөөд  вакуум дахь хигссийн энергийн хэмжээг үзүүлнэ.

Миний хэлэх гээд байгаа зүйл бол,  Хэрвээ бид Хигсс VEV-г ихэсгэвэл Фермигийн тогтмол багасан сул хүчний хэмнэл удааширна. Өөрөөр хэлбэл их хэмжээтэй Хигсс VEV-нь нарыг илүү бага гэрэлтүүлнэ гэсэн үг.  Нөгөө талаас, бага хэмжээний Хигсс VEV нь наранд илүү тод гэрэлтэх боломж олгоно. ( Энэ үнэхээр гайхалтай!) 

v=246 GeV 
-V их бол нар бага гэрэлтэж дэлхий хөлдөнө.
-V бага бол нар хүчтэй гэрэлтэж дэлхий шатчихна
ийм учираас Хигсс их чухал юм.

Мөн Хигсс VEV нь өөр бусад зүйлсд ч хамааралтай. Энэ нь бүх эгэл бөөмүүдийн энергийн эх үүсвэр болдог. Хигсс механизмаар бол, Хигсс орон нь бүх эгэл бөөмүүд болон масстай босонуудад масстай болох боломж олгож байдаг.

Хигсс босоны тухайх бидний ойлголт одоогоор үнэхээр муу байна, бидний одоогийн ойлголтоор бол Хигсс босон нь бидний хэмжиснээр илүү хүнд байх ёстой.  Өөр хэд хэдэн Стантарт Загварын Хигсс босоныг тайлбарласан онолууд байдаг боловч яг аль нь үнэн эсэхэд тодорхой хариулт алга. Магадгүй тэнд өөр олон төрлийн Хигсс босонууд ч байж болох юм. 

Эх сурвалж

Антиматтер гэж юу вэ?

Зурагт сөрөг цэнэгтэй цөм болон
эерэг цэнэгтэй электроноос
бүтэх атомыг дүрсэлжээ

Антиматтер партиклууд гэдэг нь биднийг бүтээдэг маттерын эсрэг шинж чанартай атомыг бүтээгч партиклууд юм. Жишээ нь позитрон бол электроны антиматтер партикл бөгөөд эерэг цэнэгтэй байдаг.  Эйнштейний алдарт E=mc^2 тэгшитгэлээс авч үзвэл партикл өөрийн антиматтер партиклтайгаа нүүр тулах үед аннигляцид орж их хэмжээний масс энерги болон цацагдана. 

 

Асар Өндөр хурдтай мөргөлдөөний үед антиматтер партиклууд үүсдэг байна. Их тэсрэлтийн анхны хэсэгхэн хугацаанд зөвхөн энерги оршиж байсан бөгөөд ертөнц тэлж хөрсөнөөр ижил хэмжээний антиматтер болон маттерийг үүсгэсэн байх ёстой. Гэвч өнөөдөр антиматтер нь ертөнцөд бараг ажиглагддаггүй бөгөөд шинжлэх ухаанчид ягаад гэдэгт нь тодорхой хариулт өгж чаддаггүй.

Антиматтер байж болохыг Английн физикч Паул Дирак 1928 онд анх томъёолсон бөгөөд 1938 онд  Америкийн физикч Карл Андерсон туршилтаар түүний зөв болохыг баталжээ. 

Пандорагийн хайрцаг

1900 онд Британийн физикч Lord Kelvin "Одоо физикт шинээр нээх зүйл үлдсэнгүй, Зөвхөн туршилтийн дүнд нарийн тодорхойлолтуудыг нэмэх л үлдлээ" гэж хэлсэн байдаг. Харин гучин жилийн дараа квант механик болон Эйнштейний харьцангуйн онолууд физикийг хувьсгалд хөтөлсөн билээ. Өнөөдөр, ямар ч физикч бидний орчлон ертөнцийн тухай мэдлэг хангалттай болсон гэж хэлж чадахгүй. Энэ нь яг л нөгөө талаас шинэ нээлт бүр нь агуу том Пандорагийн хайрцгийг гүн гүнзгий асуултуудын тусламжтай багаар багаар нээж байгаа мэт юм. 

Харанхуй Энерги гэж юу вэ? 

Астрофизикчид хэдэн оронтой тоотой ноцолдог байсан ч хамаагүй ертөнц энгийн нэг аргаар үүсчихдэггүй аж. Хэдийгээр гравитац орон зай-хугацааг дотогш нь татаж байдаг ч, ертөнц илүү хурдтайгаар тэлсээр л байна. Үүнээс үүдэн астрофизикчид ямар нэгэн үл мэдэгдэх, Харанхуйн Энерги гэж нэрлэгддэг  хүчин зүйл гравитацийг саармагжуулж орон зай-хугацааг тэлэхэд хүргэж байна гэж үздэг. Хамгийн ихээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн Харанхуй энергийн загвар бол "космологийн тогтмол" юм. Орон зайд өөрт нь байдаг сөрөг даралтаас болоод энэ нь тэлж илүү их орон зайг үүсгэхийн сацуу харанхуй энергийг ч үйлдвэрлэж байдаг. Тэлэлтийн давтамжийг ажигласан ажиглалтаас үзвэл, шинжлэх ухаанчид ертөнц дээрх нийт харанхуй энергийн хэмжээ нь ертөнцийн 70 гаруй хувийг эзэлж байна гэж дүгнэжээ. Гэхдээ хэн ч үүнийг хэрхэн судлахыг олоогүй л байна. 

Харанхуй маттер гэж юу вэ?

Орчлон ертөнц дээрх нийт маттерийн 84% нь гэрлийг өөртэй шингээх болон цацруулдаггүй бөгөөд үүнийг Харанхуй Маттер гэнэ Бидний нүдэнд шууд харагдахгүй, өөрөөр хэлбэл бидэнд шууд ажиглагдахгүй гэсэн үг. Гэвч Харанхуй маттер оршиж байна гэдгийг түүний цацаргалт болон бидэнд харагдах маттертай үйлчилэлцэх гравитацийн нөлөөллөөр нь мэдэж болно. Энэ харанхуйлаг бодис нь галактикийн гадуур тархсан байдаг ба хүнд партиклуудтай маш сул харилцан үйлчилэлд ордог гэж таамагладаг. Дэлхий дээр үүнийг илрүүлэх зорилготой маш олон багажууд ажиллаж байгаа ч одоогоор аль нь ч нааштай үр дүнд хүрээгүй байгаа юм. 

Ягаад цаг хугацаа чиглэлтэй вэ?

Бие системийн эмх замбараагүй байдлын зэргийг илтгэдэг Энтропи гэх хэмжигдэхүүн нь үргэлж өсдөг бөгөөд хэзээ ч буурах болон тогтмол байдаггүй, энэ нь цаг хугацаа зөвхөн нэг чигт урсах шалтгаан болдог. Өөрөөр хэлбэл ертөнцөд  эмх замбараатай партиклуудаас илүү эмх замбараагүй партиклууд илүү их байх ба үүнээс үүдэн дараах асуултууд гарж ирдэг:  өнгөрсөнд ягаад энтропи илүү бага байсан бэ? Хэрвээ орон зайн маш багахан хэмжээнд ертөнцийн бүх энерги нягт чихэгдчихсэн байсан юм бол ягаад ертөнц эхлэлийн цэг дээрээ эмх замбаараатай байсан юм бэ?  

Паралель ертөнцүүд байдаг уу?

Астрофизикийн хэмжилтүүд орон зай-хугацаа муруйсан гэхээсээ илүү хязгааргүй үргэжилсэн хавтгай гэдгийг харуулдаг. Магадгүй бидний Орчлон ертөнц гэж нэрлэгдэх ажиглагдах хэсэг маань  ,хязгааргүй үргэлжилсэн Олон ертөнцүүдийн ердөө жижигхээн хэсэг байж болох юм.

Хэрвээ Цаг бүгдэд ижил явцтай байх үед квант механик нь сансарын хэсэг бүрд ижилхэн тооны партиклууд байх ёстой гэж сургадаг. Хязгааргүй тооны сансарын хэсэг өөрөөр ертөнцүүд бий бол тэдгээр партиклууд  хязгааргүй олон удаа дахин давтагдах хэрэгтэй болох бөгөөд энэ нь бидэнтэй адилхан сансарын хэсгүүдтэй маш олон паралел ертөнцүүд оршин байх хэрэгтэй болгоно. Өөрөөр хэлбэл чамтай яг адил хэн нэгэн эдгээр ертөнцүүдийн нэгэнд ч мөн байх ёстой. Хэрвээ энэ үнэн бол бид тэдгээр ертөнцүүдийг яаж илрүүлэх вэ? 

Ягаад маттер, антматтерээс илүү их хэмжээтэй байна вэ?

Ягаад ертөнцөд биднийг  болон бидний ажиглагдах гадаад ертөнцийг бүрэлдүүлэгч маттер нь тэдгээрийн эсрэг цэнэг болон эсрэг спинийн хостой антиматтерээс илүү их байна вэ? гэсэн асуулт маань өөрөө эцсийн эцэст ягаад бид оршин байна вэ? гэх асуултад хүргэдэг. Их тэсрэлтийн дараа ертөнц тэнцүү хэмжээний антиматтер болон маттерийг үйлдвэрлэсэн байх учиртай. Гэвч үнэхээр ийм зүйл болсон бол антиматтер болон маттерууд биестэйгээ аннигляцид орж ертөнц зөвхөн фотоноор л дүүрэх байсан. Гэвч зарим нэгэн шалтгааны улмаас өнөөдөр биднийг бүтээсэн маттер үлджээ. Одоогоор үүнд ямар ч тайлбар өгж чадаагүй байгаа юм. 

Ертөнцийн эцсийн хувь тавилан юу вэ?

Орчлон ертөнц маань ирээдүйд ямар болох тухай асуудал нь сансарт тархсан энергийн хэмжээ болон маттерийн нягтийг хэмжисний үр дүнд гарж ирэх Ω хэмжигдэхүүнээс ихээхэн хамаардна. Хэрвээ Ω нэгээс илүү бол орон зай-хугацаа битүү болж ямар ч харанхуй энерги байхгүй бол ертөнцийн тэлэлт хэзээ нэгэн цагт зогсон буцаж хумигдаж эхлэнэ-Их хумигдалт. Хэрвээ ертөнц битүү ч гэлээ харанхуй энерги байгаа бол ертөнц үүрд тэлэх юм.

Мөн түүнчилэн Ω хэмжигдэхүүн нэгээс бага байж болно. Энэ үед ертөнцийн геометр нь нээлттэй буюу яг л мориний эмээл шиг хэлбэртэй болох юм.  Ийм тохиолдол манай ертөнцийн тэлэлтийн хурд нь галактик болон ододыг биесээс нь салгаж улмаар атомуудыг тогтоон барьж байх хүчнээс ч илүү болж бүх зүйлс ердөө хий хоосон орон зай болох ажээ.

Ω хэмжигдэхүүн нэгтэй тэнцүү байх үед орчлон ертөнц нь хязгааргүй чиглэлтэй хавтгай болох бөгөөд ямар ч харанхуй энерги байхгүй бол хавтгай ертөнц нь үргэлжилүүлэн тэлэх боловч аажимдаа тэлэлтийн хурд багасна, харанхуй энерги байгаа бол илүү хурдтайгаар үүрд тэлэх бөгөөд эцэсдээ мөн л хий хоосон орой зайн мананцар үлдэх юм.

Хэмжилт хийх нь квант долгионы функцийг хэрхэн хумидаг вэ?

Электрон протон, гэх мэт үндсэн партиклуудын ертөнцөд квант механикийн хууль ёсоор партиклууд нь жижигхэн бөмбөг шиг бус харин өргөн хүрээнд тархсан долгион байх ёстой.  Партикл бүр нь тэдний байрлал, хурд гэх мэт шинж чанаруудыг илэрхийлдэг долгион функцтэй байна.  Хэмжилт хийхээс өмнө партиклууд нь шинж чанаруудыхаа авж болох бүхий л утгийг өөртэй агуулсан долгион хэлбэртэй байх бөгөөд хэмжилтийн дараа долгион функц хумигдаж тодорхой нэг утгатай болдог. Гэвч хэрхэн ягаад партиклыг хэмжих үед долгион функц хэмжигдэж бидэнд ажиглаж болох бодит хэмжигдэхүүнийг өгдөг вэ? энэ мөн нөгөө талаар бидний бодит байдал гэж юу болох тухайх асуудалтай холбогддог юм. 

Утасны онол зөв үү?

Бид бүх эгэл бөөмүүд нь үнэндээ нэг хэмжээстэй гогцоо эсвэл утасны өөр өөр давтамжинд хэлбэлзэх хэлбэлзэл гэж үзвэл физик илүү хялбар болох юм.  Утасны онол физикчидэд бөөмсийг захирдаг квант механик, орон зай-хугацааг тодорхойлдог харьцангуйн ерөнхий онол болон ертөнцийн үндсэн дөрвөн хүчийг нэгтгэх боломж олгодог давуу талтай. Гэвч энэ онол нь зөвхөн арав эсвэл арван нэгэн хэмжээстэй ертөнцөд ажиллах боломжтой юм. Мөн утас нь атомын цөмөөс триллион триллион дахин жижигхэн хэмжээтэй тул түүнийг илрүүлэх ямар ч боломж олгодоггүй. 

эх сурвалж

Шинэ төрлийн партикл маттерийн өөр төлвүүд оршиж болохыг зөгнөлөө

Belle болон BESIII партиклийн хурдасгуурууд дээрх туршилтуудаар шинэ төрлийн партикл илрүүлжээ. Дөрвөн кваркаас бүтсэн уг партикл өмнө нь тодорхойгүй байсан маттерийн өөр нэгэн төлөв байж болохыг харуулж байгаа юм.  

Beijing Spectrometer Experiment (BESIII) дөрвөн кваркаас бүтсэн байж магадгүй шинэ партиклийн нотолгоог илрүүлсэн. Үүнтэй адилхан партикл мөн Японы Belle Expirement дээр олдсон бөгөөд хоёул уг нээлтийг энэ сарын 17нд зарласан.

Шинжлэх ухаанчид уг партикл яг юунаас бүтсэн тухай итгэлтэй биш байгаа ч хэрвээ энэ нь ганц партикл болох нь үнэн байсан ч хоёр кваркын хосоос бүтсэн хоёр партикл байж болох боломж байгаа юм. Гэхдээ өмнө хэзээ ч ийм зүйл ажиглагдаж байсангүй мөн түүнчилэн энэхүү нээлт кваркуудын хачирхалтай шинж чанаруудыг улам тодруулж өгж байна.

"Энэ нээлт бидэнд маттер хэрхэн биестэйгээ нэгддэг болон  кваркуудын харилцан үйлчилэлийн тухай онолыг бүрэн гүйцэт ойлгоход тус болох болно " гэж Belle мөргөлдүүлэгчийн төлөөлөгч, Virginia Tech-н физикч Leo Piilonen хэлжээ.

 Belle болон BESIII хурдасгуурууд нь хоёулаа электрон болон түүний антиматтер хос позитроныг мөргөлдүүлж, өндөр хурдтай партиклуудын кинетик энерги нь маттерийн шинэ төрлийг үүсгэхэд зарцуулагдах хүчирхэг тэсрэлтийг үүсгэдэг. Үүний тусламжтай анх 2005 онд Y(4260) гэх эксотик партиклийг нээжээ. 

The Belle Experiment

"Энэ үнэхээр сонирхолтой партикл, ийм партикл байж болохыг өмнө хэзээ ч тодорхойлж байгаагүй" гэж BESIII-н төлөөлөгч Fred Harris мэдэгдсэн байна.

Y(4260) партикл заримдаа  charm-кварк болон анти charm-кварк, up-кварк болон анти down-квакаас бүтсэн нууцлагдмал маттерийн төлөвт  задарж буйг судлаачид ажиглажээ.

Кваркууд нь up, down, strange, charm, bottom болон top эдгээрийн антиматтер хосоос бүрдэх зургаан төрлийн үнэртэй. Атомын цөмийг бүтээгч протон нь хоёр ширхэг up кварк ба нэг ширхэг down кваркаас бүтдэг бол нейтрон нь хоёр ширхэг down , нэг ширхэг up кваркаас бүтдэг байна. Дөрвөн кваркаас бүтэх партикл оршин байна гэдэг нь хэзээ ч батлагдаж байсангүй.

Шинжлэх ухаанчид өөр өөр төрлийн үнэрийн комбинацаас партикл бүтэх чанарыг одоо хүртэл судалсаар л байгаа. Энэхүү харилцан үйлчилэл нь маш муу ойлгогддог Квант Хромодинамикийн онолоор тодорхойлогддог.  

"Квант Хромодинамик нь бидний маттерийн тухай ойлголтонд хувьсгал хийсэн ч хүмүүс одоо болтол нарийн тооцоог хийж чадахгүй хэвээрээ л байна учир нь энэ нь маш ярвигтай юм, гэхдээ энэ нээлт бидэнд дээрх онолыг илүү сайн ойлгоход тус болно" гэж Piilonen ярилцлагадаа дурджээ. 

Электрон, Позитроны мөргөлтйн түнд үүсэн Y(4260) партиклийн задрал нь дөрвөн кваркаас бүтсэн Z(3900) гэх шинэ партиклийг бүтээж буйг харуулсан диаграм.

Шинэ партиклийг Z_c(3900) гэж томъёолдог ба шинжлэх ухаанчид Z_c(3900) яг юунаас бүтсэн тухай итгэлтэй биш байгаа ч ямар ч л байсан энэ партикл оршин байгааг хангалттай хүлээн зөвшөөрж байгаа юм. Belle дээрх туршилт нь 160 партиклыг илрүүлсэн бол BESIIII 300-г илрүүлжээ. Аль аль нь дээрх нээлтүүд нь статикийнхаа хувьд ч ач холбогдолтой бөгөөд энэ нь үнэхээр зүгээр л нэг тохиолдолын хэрэг биш юм. ( Нээлтийн тухай Physical review Letter дээр энэ сарын 17-ны өдөр хоёр хуудас хэвлэгдсэн байна. )

Энэхүү нээлт нь BESIII-н хоёр сарын датаг судлах үеэр илэрсэн бөгөөд илүү их хугацааны дараа физикчид энэ нь үнэхээр дөрвөн кваркаас бүтсэн тухай тодорхой дүр зургийг гарган авч мөн өөр төрлийн хачирхалтай кваркын комбинацууд  байж болохыг тодорхойлох боломжтой болох юм. 

Эх сурвалж

Орчлон ертөнц дээрх нуугдмал партиклууд.

Хигсс босон бүртгэгдсэнээс хойш физикч нарын урам бага зэрэг урам хугараад байна.Учир нь уг Хигсстэй холбоотой дуулиант нээлт нь өдгөө зуун жилийн насыг зооглоод буй маттерийн бүтцийг тайлбарладаг Стандарт Загварын онолыг улам бүр бататгаад байгаа билээ... Гэвч зарим физикчдэд, илүү өндөр хүчин чадлын мужид LHC дээр хийх туршилтууд нь Хигссээс гадна орчлон ертөнцөд оршин буй гравитонс, винос, гэх мэт өвөрмөц бөөмүүд нуугдаж байгаа гэдгийг батална гэсэн итгэл байсаар л байна. 

Хигсс босоны нээлт. Протон-Протоны мөргөлт.
Эх сурвалж:CERN/CMSTaylor, L; McCauley, T

Тэлж буй орчлон ертөнц: Их тэсрэлтээс өнөөдрийг хүртэл

Ертөнц бидний бодож байснаас илүү хөгшин

Хамгийн сүүлийн үеийн Сансарын богино долгионы үлдэгдэл цацрагийг хэмжисэн хэмжилтээр манай орчлон ертөнц өмнө нь хэмжиж байснаас зуун сая жилээр хөгшин болох нь тогтоогджээ. Өөрөөр хэлбэл манай орчлон ертөнц 13,7 тэр бум жилийн настай бус харин 13,82 тэр бум жилийн настай болсон бөгөөд ертөнцийн тэлэлт өмнөх хэмжилтээс үл ялиг бага гэсэн үр дүнд хүрсэн байна. 

2013 оны 3-р сарын 21-ны өдөр гаргасан Планкийн Даалгавар сансарын хөлгийн сансарын богино долгионы үлдэгдэл цацрагийг хэмжисэн зураг..