Бөөмийн физикийн судалгаа
Бөөмийн физик буюу ихэвчлэн өндөр энергийн физик гэж нэрлэгддэг физик нь бодисыг бүрдүүлдэг үндсэн бөөмс болон тэдгээрийн хоорондын харилцан үйлчлэлийг судалдаг физикийн салбар юм. Эдгээр бөөмсүүдэд кварк, лептон, бозон болон орчлон ертөнцийн барилгын тоосгыг бүрдүүлдэг бусад олон атомын бус биетүүд багтдаг. Энэхүү судалгаа нь тэдгээрийн бүтцийн талаар гүнзгий ойлголт өгөхөөс гадна орчлон ертөнцийн нууцыг аль болох бага түвшинд илчилдэг.
Бөөмийн физикийн товч түүх
Орчин үеийн бөөмсийн физик нь 20-р зууны эхэн үед 1897 онд Ж.Ж. Томсон электроныг нээсэнээр эхэлсэн. 20-р зууны эхний хагаст Эрнест Рутерфорд, Жеймс Чадвик нар протон ба нейтроныг нээсэн нь атомын доорх физикийн ойлголтод чухал элемент нэмсэн. Энэ эрин үеийг дагаад квант онол ба харьцангуйн тусгай онол хөгжиж, эрдэмтдийн атомын доорх түвшинд бөөмсийн харилцан үйлчлэлийн талаарх үзэл бодлыг өөрчилсөн.
Нейтрино, пион, муон зэрэг бөөмсийг туршилтаар нээсэн нь энгийн бөөмсийн илүү нарийн төвөгтэй хүснэгтийг бий болгох замыг нээсэн. Дэлхийн 2-р дайны дараа Европт CERN, АНУ-д Фермилаб зэрэг бөөмсийн хурдасгуурыг бүтээсэн нь бөөмсийн физикийн хэд хэдэн гол нээлтүүдэд хүргэсэн.
Бөөмийн физикийн стандарт загвар
Стандарт загвар нь үндсэн бөөмс болон тэдгээрийн харилцан үйлчлэлийг дүрслэх хамгийн амжилттай онол юм. Энэ нь электро сул (цахилгаан соронзон ба сул харилцан үйлчлэлийг хослуулсан) ба квант хромодинамик (хүчтэй харилцан үйлчлэлтэй) гэсэн хоёр үндсэн онол юм. Ерөнхийдөө Стандарт загвар дахь бөөмсийг фермион ба бозон гэсэн хоёр үндсэн ангилалд ангилдаг.
Фермионуудыг цааш нь кварк ба лептон гэсэн хоёр бүлэгт хуваадаг. Кваркууд нь протон ба нейтроныг бүрдүүлдэг бөөмс бөгөөд эдгээр нь эргээд атомын цөмийг бүрдүүлдэг. Зургаан төрлийн кварк байдаг: дээш, доош, сэтгэл татам, странж, дээд ба доод. Лептонууд нь электрон, мюон, тау болон тэдгээрийн харгалзах нейтриноноос бүрдэнэ.
Бозонууд нь үндсэн хүчийг зуучилдаг бөөмс юм. Жишээлбэл, фотонууд нь цахилгаан соронзон хүчний тээвэрлэгч, глюонууд нь хүчтэй хүчний тээвэрлэгч, W ба Z бозонууд нь сул хүчний тээвэрлэгч юм. 2012 онд CERN-д нээлтээ зарласан Хиггсийн бозон нь үндсэн бөөмс хэрхэн массаа олж авдагийг тайлбарлах механизмыг өгдөг.
Туршилтууд ба илрүүлэгчид
Бөөмийн физикийн судалгаа нь бөөмийн хурдасгуурын лабораторид хийгдсэн туршилтуудаас ихээхэн хамаардаг. Том Адрон Мөргөлдөөн (LHC) хурдасгууртай CERN (Европын Цөмийн Судалгааны Байгууллага) нь энэхүү судалгааны тэргүүлэх төвүүдийн нэг юм. Энэхүү хурдасгуур нь бөөмсийг гэрлийн хурдтай ойролцоо хурдаар хурдасгаж, дараа нь тэдгээрийг хооронд нь мөргөлдүүлж, Их Тэсрэлтийн дараах цаг хугацаатай төстэй өндөр энергийн нөхцөл байдлыг бий болгодог.
Бөөмийн мэдрэгч нь бөөмийн физикийн туршилтын салшгүй хэсэг бөгөөд бөөмийн мөргөлдөөний үр дүнг шинжлэхэд тусалдаг. Жишээлбэл, мөргөлдөөнд үүссэн янз бүрийн бөөмийг илрүүлэхэд LHC-ийн ATLAS болон CMS зэрэг том мэдрэгчийг ашигладаг. Эдгээр мэдрэгч нь физикчдэд шууд харагдахгүй шинэ бөөмс болон процессуудыг тодорхойлох боломжийг олгодог.
Ирээдүйн гайхалтай бөөмс: Супер тэгш хэм ба бараан бөөмс
Стандарт загвар гайхалтай амжилттай болсон ч олон асуулт хариултгүй хэвээр байна. Үүний нэг нь орчлон ертөнцийн 27 орчим хувийг эзэлдэг харанхуй материйн оршин тогтнол юм. Харанхуй материйн оршин тогтнолыг таталцлын нөлөөгөөр нотолж болох ч түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хараахан илрүүлээгүй байна.
Үүнээс гадна, супер тэгш хэмийн онол (SUSY) нь Стандарт загварыг нөхөхийг оролддог нэг онол юм. SUSY нь Стандарт загварт байгаа бөөм бүрийн хувьд илүү өндөр масстай "супер түнш" байдаг гэж үздэг. Энэхүү онол нь Хиггсийн массын асуудал, шатлал, магадгүй харанхуй материйн талаар ойлголт өгөх боломжтой.
Өдөр тутмын амьдралд бөөмсийн физикийн хэрэглээ
Бөөмийн физикийн судалгаа нь маш онолын шинж чанартай, өдөр тутмын амьдралаас хол мэт санагдаж болох ч бидний өдөр бүр ашигладаг технологийн хөгжилд чухал хувь нэмэр оруулсан. Үүний нэг жишээ бол бөөмийн физикийн туршилтын өгөгдлийг хуваалцах зорилгоор CERN-д Дэлхийн Өргөн Вэб (WWW)-ийг хөгжүүлсэн явдал юм. Анагаах ухаанд позитрон ялгаралтын томографи (PET) сканнердах зэрэг бусад технологиуд нь бөөмийн физикийн судалгаанаас үүдэлтэй.
Дэвшилтэт болон ирээдүйн хайгуул
Бөөмийн физик бол байнга хөгжиж буй салбар бөгөөд сэтгэл хөдөлгөм сорилтуудтай тулгардаг. Нэг томоохон сорилт бол квант хэмжээний таталцлын талаар илүү сайн ойлголттой болох явдал бөгөөд үүнийг одоогоор Стандарт загвар сайн хамраагүй байна. Утасны онол болон гогцооны квант таталцал нь таталцлыг квант механикийн зарчмуудтай нэгтгэх хоёр оролдлого юм.
Цаашид бөөмсийн физикийн туршилтууд физикчдийг сансар огторгуйг ойлгох шинэ эрин үе рүү хөтөлж болох шинэ бөөмс болон харилцан үйлчлэлийг нээх найдвараар үргэлжлэх болно. Эдгээр туршилтуудыг зөвхөн LHC зэрэг том бөөмсийн хурдасгуур дээр төдийгүй газар доорх нейтрино илрүүлэгч туршилт эсвэл сансрын туяаг ашигладаг сансарт гэх мэт бусад янз бүрийн туршилтын төслүүдэд хийх болно.
Дүгнэлт
Бөөмийн физик нь зөвхөн оюун санааны хувьд сонирхолтой төдийгүй шинжлэх ухаан, технологийн хөгжилд чухал ач холбогдолтой судалгаа юм. Орчлон ертөнцийн үндсэн барилгын хэсгүүдийг ойлгохоос эхлээд амьдралын чанарыг сайжруулдаг технологийг хөгжүүлэх хүртэл бөөмийн физикийн нөлөө асар их бөгөөд үр нөлөөтэй байдаг. Шинэ туршилтын технологиуд болон байнга шинэчлэгддэг онолуудын тусламжтайгаар бөөмийн физикийн ирээдүй ирээдүйтэй бөгөөд дэлхий ертөнцийг өөрчлөх нээлтүүдээр дүүрэн байна.
