Og'irlik kimlarga teng muomala qiladi?

Keling, qiziq bir narsa haqida o'ylab ko'raylik: bowling sharini va patni bir xiga tutasiz — vakuumda, albatta — ular bir xil vaqtda yerga tushadi. Galiley buni yuzlab yil avval isbotlagan, Einsteyn esa o'zining butun gravitatsiya nazariyasini shu g'oyaga asoslagan. Bu ekvivalentlik prinsipi deb ataladi va u bizning koinotni tushunishimizning asosiy ustuni hisoblanadi.

Lekin bir muammo bor — biz buni faqat "oddiy" zarralar bilan sinab ko'rdik. Protronlar, neytronlar, elektronlar. Ko'rishingiz va ushlashingiz mumkin bo'lgan hamma narsa shundan iborat.

Yaxshi, bu zarralarning g'alati, og'ir "qarindoshlari"chi? Ular ham bir xiga tushadimi?

Aynan shuni Swissrizationdagi ETH Zurich va Paul Scherrer Instituti jamoasi aniqlashga harakat qilmoqda. Va buning uchun koinotdagi eng g'alati zarralardan birini ishlatmoqda.

Muonni bilasizmi?

Muon — elektronnning semiz amakivachchasi. U har tomondan elektronga o'xshaydi, faqat 200 marta og'irroq. Va mana shu yerda ishlar qiziq bo'lib qoladi: fiziklar nega bu og'irroq "avlodlar" umuman mavjudligini bilishmaydi.

Standart model — zarralar qanday ishlashi haqidagi eng yaxshi nazariya — uchta modda avlodini tavsiflaydi:

• Birinchi avlod — odatiy protonlar, neytronlar va elektronlar
• Ikkinchi avlod — muonlar va ularning do'stlari
• Uchinchi avlod — tau zarralari deb ataladigan yanada og'ir narsalar

"Lekin nega bizga bu qo'shimcha avlodlar kerak? Va aynan uchta?" — fizik Anna Soter shunday so'raydi.

Chiroyli savol, to'g'rimi? Biz bilmaymiz. Va shu sir jamoani o'ylantirdi: ehtimol, bu og'irroq zarralar gravitatsiyaga bir xil munosabat bildirmaydi. Balki biz boshida noto'g'ri assumption qilgan bo'lishimiz mumkin.

Muonlarda gravitatsiyani tekshirish qiyinligi

Xo'sh, muonlarning ham elektronlar kabi tushish tezligini tekshirmoqchisizmi? Oddiy, shunchaki muonlarni tushiring va kuzating.

Agar shunchaki bo'lganda edi.

Birinchi muammo: muonlar juda "sotsial" emas. Ular atigi 2,2 mikrosekund yashaydi — keyin boshqa zarralarga aylanadi. Bu 0,0000022 soniya. Shuncha tez yo'q bo'ladigan narsani "drop experiment" qilish mumkin emas.

Ikkinchi muammo: agar zaryadlangan muon ishlatmoqchi bo'lsangiz, atrofidagi elektromagnit maydonlar siz o'lchamoqchi bo'lgan kichik gravitatsiya tortishini yo'q qilib yuboradi. Gravitatsiya kuchsiz, esingizdami? Uni osongina mag'lub qilish mumkin.

Yechim? Miyonium yarating.

Eng G'alati Atom

Miyonium — fantastika filmidan olingan narsa tuyuladi, lekin u haqiqat. Musbat zaryadlanti antimuonni manfiy zaryadlangan elektron bilan birlashtiring. Nima olasiz?

Modda va antimoddaning gibrid bo'lgan neytral atom.

Neytral bo'lish muhim, chunki elektromagnit maydonlar gravitatsiya o'lchoviga ta'sir qilmaydi. Va miyonium elektr jihatdan neytral bo'lgani uchun, jamoa uning tushishini kuzatishi mumkin.

Lekin tezlik muammosi hali bor. An'anaviy usullar miyonium atomlarini turli yo'nalishlarda, tasodifiy tezliklarda harakatga keltirardi — bu aniq o'lchash uchun mutlaqo foydasiz.

Breakthrough shu bo'ldi: tadqiqotchilar "sovuq" miyonium yaratishni o'rgandilar — atomlar bir xil tezlikda va taxminan bir xil yo'nalishda harakatlanadi. Shuandan gravitatsiya tajribasi amalda mumkin bo'ladi.

Atom To'pdani Kim O'ylab Topdi?

Bu yerda ishlar chindan ham qiziq bo'lib ketadi. Bu sovuq miyonium dastasini yaratish uchun jamoa absolyut nolga yaqin sovutilgan superfluid geliydan foydalanadi — minus 273 daraja Selsiy.

Superfluid geliy — bu kvant suyuqlik, unda atomlar o'z individual identifikatsiyalarini yo'qotadi va suyuqlik butunlay ishqalanishsiz bo'ladi. U har qanday ifloslanishni yo'qotmaydi. Suyuqliklar ichidagi primadonnani tasavvur qiling.

PSI kuchli tezlatgichidan kelgan antimuonlar shu geliyga tushganda, sekinlashadi. Antimuon erkin elektronni tortib olib miyonium hosil qilganda, sehrli narsa sodir bo'ladi: suyuqlik ichidagi kimyoviy potentsial kichkina raketa dvigateli kabi harakat qilib, yangi hosil bo'lgan atomni yuqoriga, sirtiga qarab siljitadi.

Muallif Jesse Zhang buni chiroyli tasvirlaydi: "Biz kimyoviy potentsialni atom to'pi sifatida ishlatmoqdamiz."

Buni sevaman. Kvant suyuqligidan g'alati atomlarni otayotgan atom to'pi, Einsteyn nazariyasini sinab ko'rayotgan. Fan ajoyib.

Keyin nima bo'ladi?

Jamoa hozirda interferometr qurmoqda — bu atomlarning to'lqin xususiyatlaridan foydalanib, juda kichik effektlarni o'lchaydigan qurilma. Miyoniyum atomlari yer gravitatsiyasi ostida ko'tarilganda va tushganda, interferometr ularning to'lqin namunalaridagi har qanday nozik siljishni aniqlaydi.

Agar Einsteyn to'g'ri bo'lsa va ekvivalentlik prinsipi ikkinchi avlod zarralari uchun ham o'rinli bo'lsa, miyonium oddiy modda kabi, gravitatsion maydonda bir xil tushishi kerak.

Lekin agar hatto kichik bir chetlanish bo'lsa-chi? Bu katta bo'lardi. Nobel mukofoti darajasidagi kashfiyot va fizika darsliklarining jiddiy qayta yozilishi haqida gap ketmoqda.

Sinflik, men biror narsa topishlarini umid qilaman. Einsteyn noto'g'ri bo'lsin degani emas — lekin biz ekvivalentlik prinsipini asrlar davomida bir xil turdagi modda bilan sinab ko'rdik. Vaqt yangi yo'nalishga o'tishga.

Koinot barcha zarralariga adolatli munosabatda bo'ladimi, yoki faqat biz tanish bo'lganlariga?

Tajriba bizga oxir-oqibat nega tabiat bir nechta modda avlodini yaratishga qiziqqanini tushunishga yordam berishi mumkin. 2,2 mikrosekund yashaydigan zarra uchun bu katta ahamiyatga ega.

Ba'zan eng qisqa umr ko'rgan narsalar eng chuqur saboqlar beradi.

Manba: ScienceDaily