Hiqqs Bozonu

Bozonlar qarşılıqlı təsir qüvvələrinin daşıyıcıları olan hissəciklərdir. Məsələn, bozonlardan biri olan foton – işıq hissəciyidir və o, elektromaqnit güvvəsinin (qarşılıqlı təsirinin) keçiricisi və daşıyıcısıdır. Fundamental qüvvələrin daşıyıcısı olan bu hissəciklər Hindistanlı fizik Şatyendranat Bozun şərəfinə adlandırılmışlar.

Hiqqs bozonu və ya Hiqqs hissəciyi Britaniyalı fizik Peter Higgsin şərəfinə adlandırılmışdır.

Bu hissəcik gündəlik mətbuatda "Tanrının hissəciyi" də adlandırılır. Bu ifadənin hissəciklər fizikasına aidiyyəti yoxdur. İfadə jurnalistlər tərəfindən həvəslə qarşılandı və işlənir, ona görə ki, "Tanrı kimi bu hissəcik də çox güclüdür, hər yerdə mövcuddur, lakin tapılması çətindir".

1964-cü ildə Peter Higgs hissəciklərə kütlə verən bir sahənin olması fərziyyəsini irəli sürdü. Təqribən həmin vaxtlarda Belçikalı fiziklər Robert Braut, Fransua Enqler və onlardan başqa daha üç fizik (Qerald Quralnik, Karl Haqen, Tom Kibbl) apardıqları tədqiqatlarda oxşar nəticəyə gəldilər. Hələ ki, ancaq fərziyyəyə əsaslanan (hipotetik) bu sahə Hiqqs sahəsi adlandırıldı. Sonradan Piter Hiqqs öz hesablamaları üzərində düzəliş apararkən o, həmin sahənin daşıyıcısı kimi kütləyə malik bozonun mövcud ola biləcəyi ideyasına gəldi. Bu hissəciyə Hiqqs bozonu və ya Hiqqs hissəciyi adı verildi.

Hipotezə görə, Hiqqs bosonu yüksüz, spini 0 olan hissəcikdir və o, kütləyə malikdir. Lakin onun kütləsi haqqında dəqiq fikir yoxdur.

Standart Model nəzəriyyəsi ancaq bir növ Hiqqs hissəciyindən bəhs edir. Lakin başqa nəzəriyyələrə görə, bir neçə növ Hiqqs hissəciyi ola bilər.

Hiqqs bosonunun empirik tapılması hissəciklər fizikasında bir çox məsələlərin izah edilməsinə kömək edə bilər.

Simmetriya anlayışı

Standart Model çərçivəsində indiyə qədər aşkar edilmiş elementar hissəciklər sistemində müəyyən simmetriya var. Məsələn, yüksək enerjilərdə elektromaqnetik qüvvə və zəif nüvə qüvvəsi eyni davranış nümayiş etdirirlər. Bu zaman onları eyni bərabərliklər sistemi ilə ifadə etmək olur. Aşağı enerjilərdə isə bu iki qüvvənin davranışı fərqlənir. Beləliklə, simmetriya sınmış olur.
Simmetriya tələb edir ki, qarşılıqlı təsir qüvvəsi daşıyıcıları kütləsiz olsunlar. Foton, qlüon, qraviton (hələki hesablamalarda mövcud olan) bu tələbə cavab verirlər. Yeni tədqiqatlarda əldə edilən nəticələr bu simmetriyaya tabe olmadıqda bunun səbəbi araşdırılır.

Elektrozəif qüvvəsinin kəşfi

Hissəciklər fizikasında bir çox hissəciklər, sahələr empirik olaraq aşkar edilməmişdən bir neçə il əvvəl ayrı ayrı fiziklər tərəfindən nəzəri olaraq aşkar edilir və qabaqcadan xəbər verilir.

1967-ci ildə Əbdus Salam və Stiven Vaynberq bir-birindən asılı olmadan elektromaqnetik qüvvənin və zəif nüvə qüvvəsinin eyni prinsiplərə söykəndiyini kəşf etdilər və bu yeniliyi riyazi ifadə etdilər. Şeldon Qleşou alınmış formulaları ümumiləşdirdi və bu səyin nəticəsində elektrozəif qarşılıqlı təsir nəzəriyyəsi yarandı.
Hesablamalar göstərdi ki, zəif qüvvənin daşıyıcıları olan bozonlar, elektromaqnetizm qüvvəsinin daşıyıcısı olan fotondan fərqli olaraq kütləyə malikdirlər. Beləliklə, simmetriya sınmış oldu.
Zəif qüvvənin daşıyıcıları olan W^–, W⁺ və Z bozonları 1983-cü ildə kəşf edildi və onların kütləyə malik olduqları aşkarlandı.
Fiziklər elektrozəif qüvvənin daşıyıcılarının simmetriya qanununa tabe olmamasının səbəbini aydınlaşdırmağa çalışdılar. Piter Hiqqsin təklif etdiyi – hissəciklərə kütlə verən sahə (Hiqqs sahəsi) və hissəcik (Hiqqs hissəciyi) qoyulmuş suala cavab ola bilərdi.
Beləliklə, yeni hipotez irəli sürüldü:

• W^±, Z bozonları bütün kainatda mövcud olan, lakin gözəgörünməz Hiqqs sahəsindən keçərkən kütlə qazanırlar.

Hipotezi təsdiq etmək üçün fiziklər eksperimental olaraq Hiqqs hissəciyini axtarmağa başladılar.

Hiqqs bozonunun aşkarlanması kütlənin mənşəyi, kainatın yaranışı ilə bağlı suallara cavab tapılmasını asanlaşdıra bilər.

Avropa Nüvə Tədqiqatları Mərkəzi 1954-cü ildə yaradılmışdır və fundamental hissəciklərin mənşəyini öyrənməklə məşğuldur. Bu məqsəd üçün CERN-də müxtəlif gücə malik akseleratorlar və detektorlar quraşdırılmışdır.
Akseleratorlardan sonuncusu, 10 sentyabr 2008-ci ildə quraşdırılmış Böyük Hadron Toqquşdurucusu əvvəlkilərdən daha böyük gücə malikdir. BHT Fransa – İsveçrə sərhədinin altında 50–175 m dərinlikdə 27 km uzunluğa malik halqavari tuneldə yerləşir.

Akseleratorun iş prinsipi

Akselerator subatomik hissəcikləri sürətləndirən qurğudur. Hissəciklər akseleratorun borusunda yüksək dərəcəli vakuum şəraitində hərəkət edərək sürətlənirlər. Təcrübə üçün əvvəlcə hidrogen atomlarından elektronu çıxarırlar. Sonra alınmış protonları akseleratorlar kompleksindən keçirərək onların sürətini artırırlar. Əvvəlcə protonlar aşağı gücə malik akseleratorlardan keçirlər və onların sürəti tədricən artır. Sonda protonlar BHT akseleratoruna daxil olurlar. Burada onlar işıq sürətinə (saniyədə 299.792,458 metr və ya təqribən 300.000,000 m/san) yaxın sürət alırlar.
Yüksək sürətli hissəciklərdən ibarət proton şüası Eynşteynin E=mc² formuluna uyğun olaraq böyük enerji qazanır (E — enerji, m — kütlə, c — işıq sürəti).
BHT-də proton şüası ikiyə ayrılaraq bir birinə əks istiqamətlənmiş iki halqavari boruya daxil olur. BHT-də protonların enerjisi 4 TeV olur.

Detektorun iş prinsipi

 

Təcrübənin növbəti mərhələsində işıq sürətinə yaxın sürət almış iki proton şüası toqquşdurulur. Bu toqquşma detektor adlanan böyük ölçülü qurğunun içində baş verir. Bu toqquşmadan çox saylı hissəciklər meydana gəlir və səpələnir.

Toqquşmadan yaranan (səpələnən) hissəciklər detektorun daxilində yerləşən elektromaqnitlər vasitəsilə istiqamətləndirilir. Detektorda yerləşən müxtəlif qurğular hissəciklərin sürətini, kütləsini və yükünü ölçürlər.
Detektorun içərisində bir neçə kiçik detektorlar yerləşdirilmişdir ki, onlar müəyyən tipli hissəciklərin aşkarlanmasına istqamətləndirilmişlər. Belə detektorlar konkret hipotetik hissəciklərin aşkar edilməsini asanlaşdırır.

CERN təcrübələrində dörd detektordan istifadə edilir: ALICE, ATLAS, CMS və LHCb.
BHT akseleratoru həyata keçirdiyi əməliyyata uyğun olaraq Böyük Hadron Toqquşdurucusu (ing. Large Hadron Collider – LHC) adlanır proton hadronlar qrupuna aid hissəcikdir.

Yığılan məlumatların emalı

Vacib məlumatlar toplandıqdan sonra onların emal edilməsi prosesi başlayır. Bununla CERN-də çalışan fiziklərlə yanaşı GRID sisteminə qoşulmuş fiziklər də məşğul olur.
GRID — təcrübələrdə əldə edilən çox böyük miqdarda məlumatın (təqribən 15 petabayt, yəni 15 million giqabayt) emal edilməsi üçün nəzərdə tutulmuş internet — kompüter şəbəkəsidir. GRID (tam adı Worldwide LHC Computing Grid) "paylanmış hesablama infrastrukturdur". Gridin (ing. grid — şəbəkə, tor) məqsədi müxtəlif ölkələrdən olan fiziklərə öz ölkələrindən internet vasitəsilə CERN-də aparılan təcrübələri izləmək və yeni biliklərin qazanılmasında əməkdaşlıq etmək imkanı verməkdir. Son məlumatlara görə, WLCG 36 ölkədən 170 kompüter (hesablama) mərkəzini birləşdirir.

BHT quraşdırıldıqdan sonra CERN Hiqqs hissəciyinin tapılmasına istiqamətlənmiş təcrübələrin mərkəzi oldu. Hiqqs hissəciyinin arayışı bir neçə il davam etdi. 2012-ci ilin 4 iyul tarixində CERN elan etdi ki, təcrübələrdə Hiqqs bozonunun göstəricilərinə uyğun olaraq kütləsi təqribən 126 GeV/c² olan hissəcik aşkarlanmışdır. Lakin onun Hiqqs bozonu olduğuna əmin olmaq üçün əlavə tədqiqatlara ehtiyac var.

2013-cü ilin 14 mart tarixində CERN mətbuat ofisinin yaydığı məlumata görə, aparılan əlavə tədqiqatlar göstərir ki, tapılmış hissəciyin Hiqqs bozonu olması ehtimalı artır. Bu hissəciyin axtarılan hissəciyə daha çox uyğun olduğu aydınlaşır. Məsələn, hipotezə görə, Hiqqs bozonu spinə malik olmamalıdır. Tapılmış hissəcik spini 0 olan hissəcikdir. Bu uyğunluğa baxmayaraq, yenə də aşkarlanmış hissəciyin Hiqqs bozonu və ya başqa nəzəriyyələrə aid hipotetik hissəcik olduğunu demək çətindir.

2013-cü ilin 8 oktyabrında Piter Hiqqs və Belçika fiziki Fransua Enqler "Subatom hissəciklərin kütləsinin mənşəyini başa düşməyimizə kömək edən və yaxınlarda CERN-in Böyük Hadron Kollayderində ATLAS və CMS təcrübələri vasitəsilə qabaqcadan xəbər verilmiş fundamental hissəciyin tapılması ilə təsdiq edilmiş mexanizmin nəzəri kəşfinə görə" 2013-cü ildə Fizika üzrə Nobel mükafatına layiq görüldülər.

• Standart model
• Elementar hissəcik