მასა ჯერ კიდევ საიდუმლოა ფიზიკოსებისთვის

2024 ავტორი: Seth Attwood | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-16 16:09

მასა მეცნიერებაში ერთ-ერთი ფუნდამენტური და ამავე დროს იდუმალი ცნებაა. ელემენტარული ნაწილაკების სამყაროში ის ენერგიისგან განცალკევება შეუძლებელია. ის ნეიტრინოებისთვისაც კი არ არის ნულოვანი და მისი უმეტესი ნაწილი სამყაროს უხილავ ნაწილში მდებარეობს. რია ნოვოსტი მოგვითხრობს, რა იციან ფიზიკოსებმა მასის შესახებ და რა საიდუმლოებები უკავშირდება მას.

შედარებით და ელემენტარული

პარიზის გარეუბანში, წონისა და ზომების საერთაშორისო ბიუროს შტაბ-ბინაში არის პლატინისა და ირიდიუმის შენადნობისგან დამზადებული ცილინდრი, რომელიც იწონის ზუსტად ერთ კილოგრამს. ეს არის სტანდარტი მთელი მსოფლიოსთვის. მასა შეიძლება გამოისახოს მოცულობითა და სიმკვრივით და შეიძლება ჩაითვალოს, რომ ის ემსახურება სხეულში მატერიის რაოდენობის საზომს. მაგრამ ფიზიკოსები, რომლებიც სწავლობენ მიკროსამყაროს, არ კმაყოფილდებიან ასეთი მარტივი ახსნით.

წარმოიდგინეთ ამ ცილინდრის გადაადგილება. მისი სიმაღლე არ აღემატება ოთხ სანტიმეტრს, მიუხედავად ამისა, შესამჩნევი ძალისხმევა იქნება საჭირო. კიდევ უფრო მეტი ძალისხმევა დასჭირდება, მაგალითად, მაცივრის გადატანას. ფიზიკის ძალის გამოყენების აუცილებლობა აიხსნება სხეულების ინერციით, ხოლო მასა განიხილება, როგორც ძალისა და მიღებული აჩქარების დამაკავშირებელი კოეფიციენტი (F = ma).

მასა ემსახურება არა მხოლოდ მოძრაობის, არამედ გრავიტაციის საზომსაც, რაც აიძულებს სხეულებს მიიზიდონ ერთმანეთი (F = GMm / R2). როცა სასწორზე ავდივართ, ისარი გადახრის. ეს იმიტომ ხდება, რომ დედამიწის მასა ძალიან დიდია და მიზიდულობის ძალა ფაქტიურად გვიბიძგებს ზედაპირზე. მსუბუქ მთვარეზე ადამიანი ექვსჯერ ნაკლებს იწონის.

გრავიტაცია მასაზე არანაკლებ იდუმალია. ვარაუდი, რომ მოძრაობისას ზოგიერთ ძალიან მასიურ სხეულს შეუძლია გრავიტაციული ტალღების გამოსხივება, ექსპერიმენტულად დადასტურდა მხოლოდ 2015 წელს LIGO დეტექტორზე. ორი წლის შემდეგ ამ აღმოჩენას მიენიჭა ნობელის პრემია.

გალილეოს მიერ შემოთავაზებული და აინშტაინის მიერ დახვეწილი ეკვივალენტობის პრინციპის მიხედვით, გრავიტაციული და ინერციული მასები ტოლია. აქედან გამომდინარეობს, რომ მასიურ ობიექტებს შეუძლიათ დრო-სივრცის მოხვევა. ვარსკვლავები და პლანეტები ქმნიან გრავიტაციულ ძაბრებს მათ ირგვლივ, რომლებშიც ბუნებრივი და ხელოვნური თანამგზავრები ბრუნავენ ზედაპირზე ვარდნამდე.

საიდან მოდის მასა

ფიზიკოსები დარწმუნებულნი არიან, რომ ელემენტარულ ნაწილაკებს მასა უნდა ჰქონდეთ. დადასტურებულია, რომ ელექტრონს და სამყაროს სამშენებლო ბლოკებს - კვარკებს - აქვთ მასა. წინააღმდეგ შემთხვევაში, ისინი ვერ შექმნიდნენ ატომებს და მთელ ხილულ მატერიას. სამყარო მასის გარეშე იქნება სხვადასხვა გამოსხივების კვანტების ქაოსი, რომელიც ჩქარობს სინათლის სიჩქარით. არ იქნებოდა გალაქტიკები, ვარსკვლავები, პლანეტები.

მაგრამ საიდან იღებს ნაწილაკს მისი მასა?

"ნაწილაკების ფიზიკაში სტანდარტული მოდელის შექმნისას - თეორია, რომელიც აღწერს ყველა ელემენტარული ნაწილაკების ელექტრომაგნიტურ, სუსტ და ძლიერ ურთიერთქმედებას, წარმოიშვა დიდი სირთულეები. მოდელი შეიცავდა გარდაუვალ განსხვავებებს ნაწილაკების არანულოვანი მასების არსებობის გამო", - ამბობს ალექსანდრე სტუდენიკინი. მეცნიერებათა დოქტორი, რია ნოვოსტის, ლომონოსოვის სახელობის მოსკოვის სახელმწიფო უნივერსიტეტის ფიზიკის დეპარტამენტის თეორიული ფიზიკის კათედრის პროფესორი.

გამოსავალი ევროპელმა მეცნიერებმა 1960-იანი წლების შუა ხანებში იპოვეს, რაც ვარაუდობს, რომ ბუნებაში არის კიდევ ერთი სფერო - სკალარული. ის მთელ სამყაროს აღწევს, მაგრამ მისი გავლენა შესამჩნევია მხოლოდ მიკრო დონეზე. ნაწილაკები თითქოს მასში იჭედებიან და ამით მასას იძენენ.

იდუმალი სკალარული ველი ეწოდა ბრიტანელი ფიზიკოსის პიტერ ჰიგსის, სტანდარტული მოდელის ერთ-ერთი დამფუძნებლის სახელს. ბოზონი, მასიური ნაწილაკი, რომელიც წარმოიქმნება ჰიგსის ველში, ასევე ატარებს მის სახელს. ის აღმოაჩინეს 2012 წელს CERN-ის დიდ ადრონულ კოლაიდერზე ჩატარებულ ექსპერიმენტებში. ერთი წლის შემდეგ ჰიგსს ფრანსუა ენგლერთან ერთად ნობელის პრემია მიენიჭა.

მოჩვენებაზე ნადირობა

ნაწილაკი-მოჩვენება - ნეიტრინო - ასევე უნდა აღიარებულიყო მასიური.ეს გამოწვეულია მზისა და კოსმოსური სხივების ნეიტრინო ნაკადებზე დაკვირვებით, რაც დიდი ხნის განმავლობაში ვერ აიხსნებოდა. აღმოჩნდა, რომ ნაწილაკს შეუძლია გადაიზარდოს სხვა მდგომარეობებში მოძრაობის დროს, ან რხევა, როგორც ფიზიკოსები ამბობენ. ეს შეუძლებელია მასის გარეშე.

”ელექტრონული ნეიტრინოები, რომლებიც იბადებიან, მაგალითად, მზის შიგნით, მკაცრი გაგებით არ შეიძლება ჩაითვალოს ელემენტარულ ნაწილაკებად, რადგან მათ მასას არ აქვს გარკვეული მნიშვნელობა. მაგრამ მოძრაობაში თითოეული მათგანი შეიძლება ჩაითვალოს როგორც ელემენტარული ნაწილაკების სუპერპოზიცია (ასევე უწოდებენ ნეიტრინოებს) მასებით m1, m2, m3. ნეიტრინოების მასის სიჩქარის განსხვავების გამო დეტექტორი აღმოაჩენს არა მხოლოდ ელექტრონულ ნეიტრინოებს, არამედ სხვა ტიპის ნეიტრინებს, როგორიცაა მუონური და ტაუ ნეიტრინოები. ეს არის ბრუნო მაქსიმოვიჩ პონტეკორვოს მიერ 1957 წელს ნაწინასწარმეტყველები შერევისა და რხევების შედეგი“, - განმარტავს პროფესორი სტუდენიკინი.

დადგენილია, რომ ნეიტრინოს მასა არ შეიძლება აღემატებოდეს ელექტრონ ვოლტის ორ მეათედს. მაგრამ ზუსტი მნიშვნელობა ჯერ კიდევ უცნობია. მეცნიერები ამას აკეთებენ KATRIN-ის ექსპერიმენტში კარლსრუეს ტექნოლოგიურ ინსტიტუტში (გერმანია), რომელიც 11 ივნისს დაიწყო.

"ნეიტრინოს მასის სიდიდისა და ბუნების საკითხი ერთ-ერთი მთავარია. მისი გადაწყვეტა სტრუქტურის შესახებ ჩვენი იდეების შემდგომი განვითარების საფუძველი გახდება", - ასკვნის პროფესორი.

როგორც ჩანს, პრინციპში, ყველაფერი ცნობილია მასის შესახებ, რჩება ნიუანსების გარკვევა. მაგრამ ეს ასე არ არის. ფიზიკოსებმა გამოთვალეს, რომ მატერია, რომელიც ექვემდებარება ჩვენს დაკვირვებას, იკავებს სამყაროს მატერიის მასის მხოლოდ ხუთ პროცენტს. დანარჩენი არის ჰიპოთეტური ბნელი მატერია და ენერგია, რომელიც არაფერს ასხივებს და შესაბამისად არ არის რეგისტრირებული. რა ნაწილაკებისგან შედგება სამყაროს ეს უცნობი ნაწილები, როგორია მათი სტრუქტურა, როგორ ურთიერთქმედებენ ისინი ჩვენს სამყაროსთან? ამის გარკვევა მეცნიერთა მომდევნო თაობას მოუწევს.