Kvant xromodinamikasi
Oʻrta
8 min
26.07.2023
Fizika va astronomiya

Kvarklarni elementar zarralar ichida tutib turuvchi kuchli oʻzaro taʼsirlar — kvarklarning maxsus zarrachalar – glyuonlarni oʻzaro almashinishga asoslangan boʻladi.

Materiya tuzilishini tushuntirib berishga urinadigan nazariyalar ichida hozirgi zamonda eng maqbul nazariya “Standart model” deb nomlanadi. Standart modelga koʻra, kvarklarning oʻzaro birlashishidan turli xil elementar zarralar vujudga keladi. Ushbu elementar zarralardan esa  oʻz navbatida turli xil kimyoviy elementlarning atomlarining yadrolari shakllanadi. Kvarklarning oʻzaro taʼsirlanishini fizikaning maxsus boʻlimi – kvant xromodinamikasi (qisqacha KXD) oʻrganadi. Ushbu kvant xromodinamikasi nazariyasiga koʻra, kvarklarning oʻzaro taʼsirlashishi ular orasida maxsus bir zarrachalar glyuonlarni oʻzaro almashinishi orqali sodir boʻladi.

Mumtoz fizika, yaʼni Nyuton fizikasi tushunchalariga koʻra kuch bu – ikkita jismning harakat xarakterini oʻzgartiruvchi yoki tortishish yoki itarilish hodisasi. Lekin  zamonaviy kvant nazariyasida kuch biroz boshqacha talqin qilinadi. Kvant nazariyasida kuchning yuzaga kelishi  ikkita zarrachalarning uchinchi bir zarrachani oʻzaro almashinishi natijasidan sodir boʻladi deb qaraladi. Quyidagicha biroz qo‘polroq misol keltiramiz. Tasavvur qiling, siz muz ustida figurali uchish musobaqasini kuzatmoqdasiz. Muzda harakatlanayotgan juftlik figurachilar bir-biriga nisbatan harakatlanib kelmoqda. Bir-biriga yaqin kelishi bilan ulardan biri ikkinchisining ustiga bir chelak suv agʻdarib yuboradi. Sherigining ustiga bir chelak suv agʻdargan figurachi bu ishining natijasida biroz tormozlaydi va yoʻnalishini oʻzgartirib, boshqa tomonga qarab ketadi. Ustiga suv toʻkilib, shalabbo boʻlgan ikkinchi figurachi ham biroz tormozlaydi va yoʻnalishini oʻzgartirib, boshqa tarafga qarab ketadi. Shu tarzda  oʻzaro suv bilan almashingan figurachilar yoʻnalishni oʻzgartirishdi. Nyuton mexanikasida bu holat “figurachilar oʻrtasida kuchli oʻzaro taʼsir sodir boʻldi” — deb qaraladi. Keltirilgan misolda  yoʻnalishni oʻzgartirishga majbur qilgan kuch  suv tufayli (yoki fiziklar aytadigandek “suv vositasida”) yuzaga keldi. Barcha zamonaviy nazariyalar kuchli oʻzaro taʼsirlarni zarrachalarning oʻzaro almashinish terminlari orqali asoslashga urinadi. Bunday nazariyalarning barchasi simmetriya va zarrachalar hamda maydonlarning sistemadagi invariantligi haqidagi gʻoyalarga tayandi va bunday nazariyalarni kalibrlovchi nazariyalar (muvofiqlashtiruvchi nazariyalar) deyiladi. Zarrachalar hamda maydonlarning sistemadagi invariantligi deganda  bu sistemadagi parametrlar toʻplamida qanday oʻzgarish sodir boʻlsa ham, lekin sistemani umumiy holatini ifodalovchi tenglamalarning oʻzgarmasligi tushuniladi. Masalan, sistemadagi musbat va manfiy zaryadlar oʻz oʻrinlarini almashganda ham  zarrachalar oʻrtasida mavjud boʻlgan oʻzaro taʼsir kuchlari avvalgidek qolaveradi, yaʼni  oʻzgarmaydi. Kvant xromodinamikasi  muvofiqlashtiruvchi nazariyalar ichidan eng dastlabkilaridan va eng muvaffaqiyatlilaridan biri — kvant elektrodinamikasi (KED) gʻoyalarini rivojlantiradi. Shunisi eʼtiborliki, ingliz tilida kvant elektrodinamikasining qisqartmasi QED tarzida ifodalanadi va bu qisqartma matematik teoremalarning muvaffaqiyatli isbotlanishi uddalangan matnlarning soʻngida “Quod Erat Demonstrandum” jumlasining qisqartmasi, yaʼni  “Aynan shuni isbotlash talab etilgandi” — jumlasi bilan mos tushadi. Kvant elektrodinamikasi nazariyasiga koʻra, elektr zaryadiga ega zarrachalar orasidagi elektromagnit kuchlar, ushbu zarrachalar orasida yorugʻlik kvantlari, yaʼni fotonlarning oʻzaro almashinishi natijasida vujudga keladi.

Kvant xromodinamikasi ham shunga oʻxshash tarzda shakllangan. Faqat KED dan farqli ravishda, KXD da kvarklar oʻrasidagi oʻzaro taʼsirlar elektr zaryadlari vositasida emas, balki alohida maxsus bir xossa orqali amalga oshadi. Ushbu maxsus xossani fiziklar rang deb nomlashgan. Aslida, bu rang tushunchasi kundalik hayotda siz bilan biz ishlatadigan va koʻradigan ranglar bilan hech qanday aloqadorlikka ega emas.

Shunchaki  olimlar yangi termin oʻylab topib oʻtirmasdan, ushbu soʻzni fizik termin oʻrnida qoʻllab yuborishgan xolos. Kvarklar orasidagi oʻzaro taʼsir ranglari uch xil boʻlishi mumkin. Ular qizil, sariq va koʻk boʻladi. Nimagadir 1970-yillarda ishlagan va ilmiy izlanishlarini jahonga eʼlon qilgan fiziklar orasida fizik hodisalarga nom berishda shunaqa sayoz fikrlash (men kaltabinlik degan boʻlardim) avj olgan boʻlib, ular mazkur fizik fenomenga mos va tushunarliroq, eng muhimi, boshqalarni chalgʻitmaydigan terminlar biriktirish oʻrniga  kaltabinlik bilan, oddiy soʻzlarni termin sifatida qoʻllab yuborishgan. Natijada  shu kabi gʻalati atamalar ilm-fanda oʻrnashib qoldi. Asl holat bilan mutlaqo aloqadorlikka ega boʻlmagan rang xossalaridan tashqari  kvarklarning, yana shuningdek, “maftun kvark” (yoki  “chiroyli kvark”) hamda  “gʻalati kvark” singari yana boshqa, bir qarashda tushunarsiz va terminologik asoslanmagan xossalari ham mavjudki, bu shundoq ham aniq fanlardan choʻchiydigan odamlarni elementar zarralar fizikasida butunlay boshi berk koʻchaga olib kirib qoʻyishi hech gap emas. Chunki  “Maftun kvark qizil rangga ega” qabilidagi gap “Elektron manfiy zaryadga ega” degan gapga oʻxshash maʼnoda yangrashini fizikadan yiroq boʻlgan, oddiy odamga tushuntirish biroz mushkullik paydo qiladi. Muvofiqlashtiruvchi nazariyalar ichida KED va KXDni oʻzaro taqqoslaganda  ularni xarakter va simmetriya jihatdan yaqqol farqlab turuvchi muhim bir jihati koʻzga tashlanadi. KEDda ikkita ketma-ket almashinish (toʻgʻri va teskari) operatsiyalarning ketma-ketligi oʻzaro oʻrin almashsa ham, operatsiya natijasi oʻzgarmaydi. KXDda esa bunday emas. Bunda almashinishlar natijasida yakuniy natija ham, albatta, oʻzgarishga yuz tutadi. Shunga koʻra, KXD ancha murakkabroq nazariya sanaladi. Rang xossasi faqat kvarklarga taalluqli boʻlib, lekin aynan kvarklardan tashkil topadigan mezonlar va barionlarning rangi boʻlmaydi. Barionlarga, shu jumladan, neytron va proton ham mansub boʻlib, ular oʻsha uch xil  —  qizil, sariq va koʻk kvarklardan tashkil topadi va ularning birlashib barion hosil qilishida, bir-birining rangini yoʻq qiladi. Mezonlar esa kvark+antikvark juftligidan tashkil topgan boʻladi va shu sababli ularning ham rangi boʻlmaydi. Umuman olganda, KXD da mavjud tamoyilga koʻra, tabiatda kvarklarning oʻzaro birlashishidan (oʻzaro taʼsiridan) yakunda faqat bir-birining rangini neytrallaydigan kombinatsiyalar vujudga kelishi mumkin xolos deb qaraladi. Kvarklar orasidagi oʻzaro taʼsirlashuv glyuonlar deb nomlanadigan sakkiz xil zarrachalar vositasida amalga oshiriladi. Agar maqola avvalida tilga olingan, chelakda suv koʻtargan figurachilar bilan taqqoslansa, aynan glyuonlar chelakdagi suv vazifasini bajaradi. “Glyuon” atamasi ingliz tilidagi “glue” , yaʼni  “yelim” (kley) maʼnosidagi soʻzdan olingan boʻlib, kvarklarni oʻzaro “yelimlashʼʼ vazifasini bajaradi. Agar KED da fotonlar garchi oʻzi zaryadlangan zarralar orasida elektromagnit oʻzaro taʼsir vositasi boʻlsa-da, lekin foton oʻzi zaryadga ega boʻlmaydi. KXD da esa aksincha, glyuonlarning ham oʻz rang xossasi boʻlib, oʻzi taʼsirlashayotgan (yelimlashga vositachilik qilayotgan) kvarklarning ham rangini oʻzgartira oladi. Bu xuddi, masalan, muz ustidagi figurachilarning biri habash, ikkinchisi malla boʻlsa, ulardan biri ikkinchisiga bir chelak suv toʻkib oʻtib ketgach, malla figurachi qizil tanliga, habash figurachi esa oqtanliga aylanib qolgandek gap (agar taʼbir joiz boʻlsa…). Masalan, glyuonni qabul qilish natijasida koʻk kvark qizil kvarkka aylanib qolishi mumkin. Demak, unga vositachilik qilgan (kleylagan) glyuon oʻzida bitta musbat qizil zaryad va biya manfiy koʻk zaryad tutgan. Bunda kvarkning umumiy rang zaryadi oʻzgarmasligi tufayli, bunday oʻzaro taʼsir KXD doirasida imkonli boʻladi (yoki hatto majburiy boʻladi). KXD 1980-yillarda shakllangan boʻlib, oʻshandan buyon qator amaliy-eksperimental sinovlardan muvaffaqiyatli oʻtib kelmoqda. Hozircha, KXD doirasida nazariy taʼkidlangan hodisalar, masalan, yuqori energiyaga ega zarrachalarning oʻzaro toʻqnashishi borasidagi gipotezalar, zarrachalarni tezlatkich uskunalarida olingan real holatdagi sinov natijalari bilan tasdiqlanmoqda. Shu sababli  hozirda ushbu nazariya gullab-yashnamoqda. Boz ustiga, fizik-eksperimentatorlar ushbu nazariyaga tayangan holda yangidan yangi tajribalarni rejalashtirishmoqda va ularning barchasi ushbu nazariyaning haq ekaniga chin ixlos bilan ishonishadi. Yaxshi nazariyadan yana nimani ham kutish mumkin?

Elementar zarralar tarkibidagi kvarklarning oʻzaro taʼsirni Feynman diagrammasi vositasida grafik ifodalash mumkin. Ushbu diagrammada qizil va koʻk kvarklar oʻzaro glyuon almashinadi va oʻz rangini sherigining rangiga oʻzgartiradi.

Maqola orbita.uz saytidan olindi. Original maqola → Kvant xromodinamikasi
Muqova surat: freepik.com

Matnda xato topdingizmi? Kerakli matnni belgilang va CTRL+ENTER tugmalarini bosing.

Eng so‘nggi maqolalarni o‘tkazib yubormang!
Telegram kanalamizni kuzatib boring!