ჰიგსის ბოზონი

ჰიგსის ბოზონი — ელემენტარული ნაწილაკი, რომლიც შემოტანილია ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკაში სტანდარტული მოდელის თანახმად. ჰიგსის ბოზონის არსებობის საკითხს უდიდესი მნიშვნელობა აქვსელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკაში, რადგანაც მას შეუძლია დაამტკიცოს ჰიპოთეტური ჰიგსის ველის არსებობა. ჰიგსის ველი წარმოადგენს სიმეტრიის დარღვევის მექანიზმის ასახსნელად შემოტანილ უმარტივეს და ყველაზე ხელსაყრელ წყაროს. სიმეტრიის დარღვევის ასეთი გზით ზოგიერთი ნაწილაკი იძენს მასას. ჰიგსის ველის არსებობის დადასტურება ან უარყოფა, სავარუდოდ უდიდეს მნიშვნელობას იქონიებს ადამიანის მიერ სამყაროს შემეცნების საკითხზე, მიუთითებს რა არსებული თეორიებიდან თუ ნაწილაკების ფიზიკის რომელი თეორიაა უფრო კორექტული და გააღებს სარკმელს „ახალი ფიზიკისთვის“ არსებული თეორიების მიღმა. სადღეისოდ წამყვანი თეორიის თანახმად ზოგიერთი ნაწილაკი მასას იძენსჰიგსის ველთან ურთიერთქმედების შედეგად, რომელსაც არანულოვანი სიდიდე აქვს ყველგან, სხვამხრივ ცარიელ სივრვეშიც კი. თუ ეს თეორია სწორია, მაშინ უნდა არსებობდეს შესაბამისი ბოზონი, ჰიგსის ველის უმცირესი შესაძლო აღგზნება და აღმოჩენადიც უნდა იყოს იგი. რასაც მივყავართ თეორიის გადამწყვეტ გამოცდამდე. შესაბამისად, ეს ნაწილაკი არის ხანგრძლივი ძიების საგანი ნაწილაკების ფიზიკაში. CERN-ში შვეიცარიის ქალაქ ჟენევაში არსებული დიდი ადრონული კოლაიდერის (LHC)— ყველაზე მძლავრი ნაწილაკების ამაჩქარებლისა და ერთერთი ყველაზე რთული სამეცნიერო ინსტრუმენტის, რაც ოდესმე აგებულა — ერთერთ ძირითად მიზანს წარმოადგენს ჰიგსის ბოზონის არსებობის შემოწმება და მისი პარამეტრების გაზომვა, რაც ფიზიკოსებს თანამედრეოვე თეორიის ამ ქვაკუთხედის დადასტურების საშუალებას მისცემდა.

ჰიგსის ბოზონს სახელი ეწოდა პიტერ ჰიგსის გამო, რომელმაც 1966 წელს ორ სხვა ჯგუფთან ერთად შემოიტანა მექანიზმი, რომელიც გულისხმობდა ასეთი ნაწილაკის არსებობას და ის იყო ერთადრთი, რომელმაც იწინასწარმეტყველა მასიური ნაწილაკის არსებობა და დაადგინა მისი ზოგიერთი თეორიული მახასიათებლები. ამ ნაწილაკს მედიაში ძალიან ხშირად მოიხსენიენბენ, როგორც „ღმერთის ნაწილაკს“ ამ თემაზე ლეონ ლადერმანის წიგნის სათაურის მიხედვით. მიუხედავად იმისა, რომ ეს ნაწილაკი მნიშვნელოვანიცაა და ძნელად მოსახელთებელიც, მისი ასეთი ეპითეტი ძლიერ ანტიპათიას იწვევს ფიზიკოსებში, მიიჩნევენ რა, რომ ესაა შეცდომაში შეყვანა და გაზვიადება,  რადგან ძირითადი მიზანია ჰიგსის ველის შესწავლა. თვით ველი და არა ბოზონი ანიჭებს მასას თეორიულად სხვა ნაწილაკებს.

სტანდარტული მოდელის თანახმად ჰიგსის ნაწილაკი არის ბოზონი, ისეთი სახეობა ნაწილაკებისა, რომლებიც ნებას რთავს მრავალ იდენტურ ნაწილაკს იმყოფებოდეს ერთი და იმავე ადგილას ერთი და იმავე კვანტურ მდგომარეობაში. მას არა აქვს სპინი, ელექტრული მუხტიდა ფერადი მუხტი. ის არის აგრეთვე ძლიერ არასტაბილური, იშლება რა სხვა ნაწილაკებად თითქმის დაუყოვნებლივ. თუ ნაჩვენები იქნება, რომ ჰიგსის ბოზონი არ არსებობს, სხვა უჰიგსო მოდელები უნდა იქნან განხილული. სტანდარტული მოდელის ზოგიერთ გაფართოებაში შეიძლება ასევე არსებობდეს მრავალფეროვანი ჰიგსის ბოზონები.

2012 წლის 4 ივლისს CMS-ისა და ATLAS-ის ექსპერიმენტულმა ჯგუფებმა (LHC)-ზე დამოუკიდებლად განაცხადეს, რომ თითეულმა დაადასტურა აღმოჩენა მანამდე უცნობი ბოზონის მასით 125 გევ/c² და 127 გევ/c²-ს შორის, რომელთა ყოფაქცევა ჯერჯერობით „თავსებადია“ ჰიგსის ბოზონთან, ამავდროულად აღნიშნავენ, რომ საჭიროა მონაცემების შემდგომი ანალიზი, ვიდრე საბოლოოდ ამოიცნობენ ჰიგსის ნაწილაკს ახლად აღმოჩენილ ნაწილაკში. 

ჰიგსის ბოზონის გამოჩენის სიმულაცია
შემადგენლობა:	ელემენტარული ნაწილაკი
ნაწილაკის სტატისტიკა:	ბოზონური
სტატუსი:	სავარაუდოდ დაფიქსირებული — აღმოჩენილია რაღაცბოზონი „თავსებადი“ ჰიგსის ბოზონთან, მაგრამ 2012 წლის ივლისის მონაცემებით, იგი საბოლოოდ არ არის იდენტიფიცირებული, როგორც ჰიგსის ნაწილაკი.
თეორიული აღმოჩენა	ფ. ენგლერტი, რ. ბრუტი,პ. გიგსი, გ. გურალნიკი, კ. რ. ჰაგენი და ტ. ზ. ბ. კიბლი. 1964
აღმოჩენა	სავარაუდოდ დაფიქსირებული 2012 წლის 4 ივლისისთვის,ATLAS-ისა და CMS-ის მიერ.
სიმბოლო	H0
სახეობა	1 სტანდარტულ მოდელში; 5 ან მეტისუპერსიმეტრიულმოდელებში
მასა:	125.3 ± 0.6 გევ/c2 ∼126 გევ/c2
საშუალო სიცოცხლის ხანგრძლივობა	10-21 წმ
ელექტრუული მუხტი:	0
ფერადი მუხტი:	0
სპინი:	0

მაქსველ-ფარადეის განტოლება

ფარადეის კანონის დიფერენციალურ ფორმას, რომელსაც ხშირად მაქსველ-ფარადეის განტოლებას უწოდებენ აქვს სახე:

სადაც:

 არის როტორი

E არის ელექტრული ველის დაძაბულობა

B არის მაგნიტური ველის ინდუქცია

მაქსველ-ფარადეის განტოლება წარმოადგენს მაქსველის განტოლებებიდან ერთ-ერთს

ფარადეის ინდუქციის კანონი

ფიზიკაში ფარადეის ინდუქციის კანონი არის ელექტროდინამიკის საბაზისო კანონი, რომელიც განსაზღვრავს კავშირს ცვლად მაგნიტურ ველსა და მის მიერ გენერირებულ ელექტრულ ველს შორის. ფარადეის კანონის მიხედვით:

რაიმე ჩაკეტილ კონტურში გენერირებული ელექტრომამოძრავებელი ძალა ტოლია ამ კონტურის გამჭოლი მაგნიტური ნაკადის ცვლილების სისწრაფისა.
ელექტრომაგნიტური ინდუქციის მოვლენა დამოუკიდებლად აღმოაჩინეს მაიკლ ფარადეიმ და ჯოზეფ ჰენრიმ 1831 წელს, თუმცა ფარადეი იყო პირველი, რომელმაც მისი ექსპერიმენტების შედეგები გამოაქვეყნა განავრცო რა ფარადეის შრომები, ჯეიმს კლერკ მაქსველმა ეს კანონი რაოდენობრივას შემდეგნაირად ჩამოაყალიბა:

სადაც:

 არის ელექტრომამოძრავებელი ძალა ვოლტებში

Φ_B არის მაგნიტური ნაკადი რომელიც განჭოლავს კონტურს ვებერებში.

საერთაშორისო ექსპერიმენტული თერმობირთვული რეაქტორი

ITER (იტერ) — საერთაშორისო ექსპერიმენტული თერმობირთვული რეაქტორის პროექტი. საწყისი აკრონიმი მიღებულ იქნა ინგლისური დასახელებიდან International Thermonuclear Experimental Reactor. ამჟამად იგი ოფიციალურად არ ითვლება აბრევიატურად, არამედ უკავშირდება ლათინურ სიტყვას iter — გზა.

იტერის მიზანია თერმობირთვული რეაქტორის შექმნის შესაძლებლობის დემონსტრაცია და ფიზიკური და ტექნოლოგიური პრობლემების გადაწყვეტა, რომლებიც ამ მიზნის განხორციელებას შეიძლება თან ახლდეს. მოცემული მომენტისთვის რეაქტორის პროექტირება უკვე დასრულებულია და არჩეულია ადგილის მისი მშენებლობისთვის - კადარაშის (Cadarache) კვლევით ცენტრში.

მონაწილე ქვეყნები: ევროკავშირი, ინდოეთი, ჩინეთი, კორეის რესპუბლიკა, რუსეთი, აშშ, იაპონია.

გრავიტაციული მუდმივა

ნიუტონის მსოფლიო მიზიდულობის კანონის გამომსახველ ფორმულაში შედის G კოეფიციენტი –მსოფლიო მიზიდულობის მუდმივა ანუ გრავიტაციული მუდმივა . რა სიდიდეა იგი?

გრავიტაციული მუდმივა ფიგურირებს დღევანდელ მსოფლიო მიზიდულობის კანონის თანამედროვე ფორმულირებაში, მაგრამ იგი არ იყო არცნიუტონის და არც მეცხრამეტე საუკუნემდელი სხვა მეცნიერების შრომებში. მუდმივა კანონში შეტანილი იქნა ერთიანი საზომთა მეტრული სისტემის შემოღების შემდეგ. ვარაუდობენ, რომ პირველად იგი გაჩნდა ფრანგი მეცნიერის ს.დ.პუასონის ნაშრომში ,, ტრაქტატი მექანიკის შესახებ ”, რადგან მეცნიერების ისტორიკოსების მიერ არაა ნაპოვნი სხვა, უფრო ადრეული ნაშრომი , სადაც ფიგურირებს გრავიტაციული მუდმივა.

G კოეფიციენტს აქვს მარტივი და სრულიად გარკვეული აზრი: თუ ორივე ურთიერთქმედი სხეულის მასა და მათ შორის მანძილი ერთეულის ტოლია (m₁ =1 კგ, m₂ =1 კგ, r=1მ ), როგორც ზემო ფორმულიდან გამომდინარეობს, F ძალა რიცხობრივად მსოფლიო მიზიდულობის G მუდმივას ტოლია.

ცნობილი ინგლისელი ბუნებისმეტყველი, ჯონ მიჩელი (John Michell; 1724 — 1793), რომელიც ერთდროულად იყო როგორც კარგი თეორეტიკოსი, ასევე კარგი ექსპერიმენტატორი, მუშაობდა ოპტიკის, ასტრონომიის, გრავიტაციის, გეოლოგიის საკითხებზე. მან შექმნა გრეხითი სასწორი და წამოაყენა ექსპერიმენტის ჩატარების იდეა, რაც იძლეოდა დედამიწის სიმკვრივის განსაზღვრის საშუალებას, მაგრამ 1793 წელს გარდაიცვალა ისე, რომ ვერ მოასწრო ექსპერიმენტის ჩატარება.
მისი გარდაცვალების შემდეგ ხელსაწყო იპოვა ლონდონის სამეფო საზოგადოების წევრმა, გამოჩენილმა ფიზიკოსმა და ქიმიკოსმა ჰენრი კავენდიშმა (Henry Cavendish; 1731 — 1810) გადააკეთა ხელსაწყოს, ჩაატარა ექსპერიმენტები და 1798 წელს აღწერა ისინი თავის ნაშრომში Philosophical Transactions.
ანიმაციაზე სქემატურად ნაჩვენებია დანადგარი, რომლის საშუალებითაც კავენდიშმა საკმაოდ ზუსტად განსაზღვრა გრავიტაციული მუდმივა, რამაც საშუალება მისცა კავენდიშს პირველს განესაზღვრა დედამიწისმასა.

მსოფლიო მიზიდულობის მუდმივას რიცხვითი მნიშვნელობა შესაძლებელია განისაზღვროს მხოლოდ ცდით. ამ დროს ცხადია, რაღაც ხერხით უნდა გაიზომოს F ძალა , რომელიც მოქმედებს r მანძილით დაშორებული ცნობილი m₁ და m₂ მასების ორი სხეულიდან ერთ–ერთზე.
ასეთი ცდები არაერთგზის ჩატარდა. გავეცნოთ ერთ მათგანს : მგრძნობიარე სასწორის ერთ–ერთ პინაზე ჩამოკიდეს ვერცხლისწყლით სავსე მინის სფერო, მეორეზე კი დააწყვეს საწონები, რომლებითაც გააწონასწორეს სასწორი. ზუსტი გაწონასწორების შემდეგ ვერცხლისწყლით სავსე სფეროს ქვეშ მოათავსეს დიდი მასის ტყვიის სფერო, რომელმაც მიიზიდა ვერცხლისწყლის სფერო. ამის გამო სასწორის წონასწორობა დაირღვა. მის აღსადგენად საჭირო გახდა საწონებიან პინაზე დამატებითი საწონის მოთავსება. დამატებითი საწონის დედამიწისადმი მიზიდულობის ძალა, ცხადია, ტოლია ძალისა, რომლითაც ტყვიის სფერო იზიდავს ვერცხლისწყლის სფეროს.

გრავიტაციული მუდმივას რიცხვითი მნიშვნელობა დამოკიდებულია სიგრძის, მასის, ძალის ერთეულთა სისტემის შერჩევაზე.
ერთეულთა CGS სისტემაში G=(6,673±0,003)_^. 10^-8 დნ_^. სმ^2 _. გ^-2 ან სმ^3 _. გ-1_^. წმ^-2 ;

ერთეულთა საერთაშორისო SI სისტემაში 2006 წლისათვის მიღებულია:

G=(6,67428±0,00067).10^-11 ნ.მ² .კგ^-2 ან მ³ .კგ^-1 .წმ^-2 .

ეს ძალა მცირე რიცხვია. სწორედ მისი სიმცირის გამოა, რომ ვერ ვამჩნევთ გარემომცველ სხეულებს შორის მიზიდულობას. ერთი მეტრი მანძილით დაშორებული თითო ტონა მასის ორი სფეროც კი ურთიერთმიიზიდება მხოლოდ ნიუტონის 6.67 მეასიათასედი ნაწილის ტოლი ძალით.

ბოლო წლებში გრავიტაციული მუდმივა გაზომილ იქნა ატომური ინტერფერომეტრიის მეთოდითაც, რაც გამორიცხავს წმინდა მექანიკური ექსპერიმენტებისას დაშვებულ უზუსტობებს.
სურათზე ნაჩვენებია ატომური ინერფერომეტრის დანადგარის სქემა:

სინათლის სიჩქარე

სინათლის სიჩქარე - ეს არის ელექტრომაგნიტური ტალღების ვაკუუმში გავრცელების სიჩქარის აბსოლუტური მნიშვნელობა. ფიზიკაში იგი აღინიშნება ლათინური c ასოთი. სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში არ არის დამოკიდებული ათვლის ინერციული სისტემის არჩევაზე. იგი არის ფუნდამენტალური მუდმივა - სიდიდე, რომლითაც ხასიათდება არა მხოლოდ ცალკეული სხეულები, არამედ მთლიანად დროისა და სამყაროს თვისებები.

სინათლის სიჩქარე აბსოლუტური სიდიდეა. ეს არის ფარდობითობის სპეციალური თეორიის ძირითადი დებულება.

სინათლის სიჩქარის ზუსტ მნიშვნელობად მიიჩნევა c = 299 792 458 მ/წმ , ეს დაკავშირებულია იმასთან, რომ 1983 წელს მეტრის ეტალონად მიიღეს მანძილი, რომელსაც სინათლე გადის 1/299 792 458  წამში.

ბუნებაში სინათლის სიჩქარით ვრცელდება:

• თვით ხილული სინათლე;
• ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სხვა სახეები (რადიოტალღები, რენტგენის სხივები და სხვა).

სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში აღმოჩნდა ზღვრულად მაქსიმალური შესაძლო სიჩქარე ბუნებაში. თანამედროვე წარმოდგენებით არ არსებობს ისეთი მატერიალური სუბსტანცია, რომელსაც უფრო დიდი სიჩქარით შეუძლია მოძრაობა, ვიდრე სინათლის სიჩქარეა ვაკუუმში. არც ერთ სხეულს ბუნებაში, რომელსაც აქვს უძრაობის მასა, არ შეუძლია განავითაროს სინათლის სიჩქარე, თუმცა შეუძლია ზღვრულად მიუახლოვდეს ამ სიჩქარეს. სინათლის სიჩქარე ტოლია იმ მაქსიმალური სიჩქარისა, რომლითაც გადაეცემა ფიზიკური ზემოქმედება ერთი სხეულიდან სხვა სხეულს.
სინათლის სიჩქარის გაზომვამ სინათლის ბუნების შესწავლაში უმნიშვნელოვანესი როლი შეასრულა.

ავოგადროს რიცხვი

ავოგადროს რიცხვი არის ფიზიკური მუდმივა, რომელიც რიცხობრივად ტოლია იმ ნაწილაკთა (მოლეკულების, ატომების, იონების) რაოდენობისა, რომელსაც შეიცავს ერთი მოლი ნებისმიერი ნივთიერება, ანუ ავოგადროს რიცხვი არის ატომების რაოდენობა 12 გრამ ნახშირბად-12-ის სუფთა იზოტოპში.

ეს არის ერთ-ერთი ფუნდამენტური მუდმივა, რომლის საშუალებითაც შესაძლებელია ისეთი სიდიდეების განსაზღვრა, როგორიცაა ატომებისა და მოლეკულების მასა.

ავოგადროს რიცხვი აღინიშნება N_A -ით და CODATA (Committee on Data for Science and Technology) - მეცნიერებისა და ტექნიკისთვის საჭირო მონაცემების კომიტეტის 2006 წლის მონაცემებით ტოლია:

N_A = 6,022 141 79(30)×10²³ მოლი^-1

სიდიდეს ეწოდა გამოჩენილი იტალიელი ფიზიკოსისა და ქიმიკოსის, ტურინის პროფესორის ამადეო  ავოგადროს   (Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro, 1776—1856) სახელი. მან ატომური თეორიის გარიჟრაჟზე (1811 წელს) წამოაყენა ჰიპოთეზა, რომლის თანახმადაც ერთნაირი ტემპერატურისა და წნევის სხვადასხვა მოცულობის იდეალური აირი შეიცავს მოლეკულების ერთსა და იმავე რაოდენობას.

თვითონ ავოგადროს არ შეუფასებია მოცემულ მოცულობაში მოლეკულების რიცხვი, მაგრამ იცოდა, რომ ეს იყო ძალიან დიდი რიცხვი.

ავოგადროს რიცხვის გამოთვლა საკმაოდ რთული ამოცანა იყო.

მე-20 საუკუნის დასაწყისში ფრანგმა მეცნიერმა ჟან პერენმა (1870–1942), წამოაყენა ავოგადროს რიცხვის გამოთვლის რამდენიმე მეთოდი და ყველა მათგანმა ერთნაირი შედეგი აჩვენა. ყველაზე ცნობილი მეთოდი ეფუძნება ბროუნის მოძრაობის რაოდენობრივ თეორიას, რომელიც შეიმუშავა აინშტაინმა.

ავოგადროს მუდმივას საშუალებით მიღებული იქნა ბევრი ნივთიერების ატომისა და მოლეკულის მასები.

სხვა მუდმივებთან კავშირი:

ავოგადროს რიცხვისა   და ბოლცმანის მუდმივას ნამრავლით გამოისახება აირის უნივერსალური მუდმივა :        R=kN_A

ავოგადროს მუდმივას ნამრავლი ელემენტარულ ელექტრულ მუხტზე გვაძლევს ფარადეის მუდმივას:      F=eN_A