Азыркы учурда 440гө жакын элементардык бөлүкчөлөр аныкталып, алардын физикалык касиеттери терең жана ар тараптуу изилденген. Алардын ичинен жыйырмага жетпегендери стабилдүү бөлүкчөлөр болуп эсептелсе, калгандары стабилдүү жашай албагандыктары далилденип отурат. Мындай элементардык бөлүкчөлөрдү резонанстар деп атап коёбуз. Резонанстардын өзүнчө уникалдуу касиеттери бар. Биз бүгүн сөз кыла турган элементардык бөлүкчө – бул НЕЙТРИНО.
Нейтрино – аалам аймагындагы эң көп тараган бөлүкчө. Ар бир секунда сайын 100 триллиондор сандагы нейтринолор ар бирибиздин денелерибизди “тешип өтүп” турушат. Бирок, биз аны сезип да койбойбуз. Бул элементардык бөлүкчөлөр өзүн курчаган чөйрө менен дээрлик түрдө аракеттенишпейт. Алардын массасы өтө эле кичинекей болгондуктан узак жылдар бою физиктер анын массасы нөлгө барабар деп келишкен. Нейтринонун электр заряды жок. Ошондуктан ал электрондордон айырмаланып, электромагниттик талаа менен аракеттенишүүгө бара албайт. Нейтринонун ар кандай эле затты “көзөп өтүп кетүү” касиети бар. Андыктан анын бирөөсүн эле кармап калуу үчүн өлчөмү чоң тоо менен барабар болгон детекторду колдонууга туура келет. Мисалы, нейтрино калыңдыгы миңдеген километр болгон жер кыртышынан оңой эле эч кандай из калтырбай тепчип өтүп кетет. Анын мындай касиетин эске алуу менен физиктер нейтринону Ааламдын “арбагы” деп атап келишет.
Нейтрино жогорудагыдай өтө кубулуу касиетине ээ болгону менен илим үчүн абдан маанилүү болуп эсептелет. Ал элементардык бөлүкчөлөрдүн Стандарттуу моделинде чоң ролду ойнойт жана жылдыздар менен “кара туюктардын” (“черные дыры”) физикасынын негизин түзөт. Атактуу Чоң Жарылуу теориясынын өзөгү болуп эсептелет. Бизге белгилүу болгондой Стандарттуу модель элементардык бөлүкчөлөрдү жакшы сүрөттөп берүү менен катар эле алардын өз ара аракеттенишүү кубулушун дурус түшүндүрөт. Анын 3 сорту бар: электрондук (е), таондук () жана мюондук (). Ар биринин антибөлүкчөлөрү жашайт. Нейтринону лептондор классына киргизебиз. Баарынан кызыгы, нейтрино кыймыл кезинде эле ошол 3 класска кубулуп өтүп кете берет. Мунун баары көптөгөн физикалык тажрыйбаларда далилденген.
Эми калың журтка түшүнүктүү жана кызыктуу болсун үчүн нейтрино жөнүндө кыскача тарыхый саякат. Австриялык физик-теоретик Вольфганг Паули нейтринону теорияда ойлоп таап, 1930-жылы экспериментке сунуш кылган. Ал атактуу радиоактивдүү ажыроо процессинде түшүнүксүз түрдө “жоголуп кеткен” энергиянын табиятын аныктоодо колдонгон. Дагы бир илим корифейин италялык физик-теоретик Энрико Ферми аны нейтрино деп атаган (кичнекей нейтрон деген кыялда). Америкалык физик-экспериментаторлор Клайд Коуэн жана Фредерик Райнс нейтринону 1956-жылы аныкташкан. Ошол колго түшпөй жүргөн бөлүкчөнү эки физик атом реакторунун жанына жайгаштырылган детекторлор аркылуу “аркандашкан”. Нейтринонун электрдик заряды болбогондуктан жана массасы өтө эле кичинекейлигинен, аны түз кармоо мүмкүн эмес. Ошондуктан оор жана заряды бар бөлүкчөлөрдүн нейтринолор менен аракеттенишкен учурунда гана байкоого алуу методун колдонуп келишкен. Ошондой болгон күндө да 2023-жылдын август айында атактуу Чоң адрондук коллайдердин жардамы менен ( Женева, Швейцария) түздөн-түз 153 нейтринону алышкан! Бул зор илимий окуя болду. Ушул эле коллайдерде дагы бир колго оңой менен түшө бербеген Хигстин атактуу Z-бозонунунун “кармалганын” эске алсак, аталган илимий куралдын кандай ишенимдүү эенине ынанабыз!
Швециянын Нобель комитети 2026-жыл үчүн физика илими жаатында өзүнүн сыйлыгын америкалык физик Фрэнсис Хальценге ыйгарып отурат. Аталган Комитеттин номинациясынын редакциясына көңүл бурсак: “IceCube нейтринолук обсерваториясынын иштөөсүнө чечүүчү салым кошкондугу жана астрофизикалык табияты бар жогорку энергетикалык нейтринону ачкандыгы үчүн” – деп турат. Маалыматы өтө терең тааным. Мында биз, үч суроого жоп издесек болот. 1. Жаңы номинант Френсис Хальцен ким? 2. “IceCub” обсерваториясы деген эмне? 3. Астрофизикалык нейтринонун кандай өзгөчөлүгү бар?
- Физик Фрэнсис Хальцен 1944-жылдын 23-мартында Бельгиянын
Тимен шаарында жарык дүйнөгө келген. Ал Левен шаарынын Католикалык университетинин “Физика” адистигин бүткөн. Ал физиканын магистри жана PhD боюнча философиянын доктору диссертацияларын ийгиликтүү коргогон. 1969-1971-жылдары Европанын биргелешкен илимий борбору ЦЕРНде эмгектенген. Дал ушул ири илимий мекемеде каарманыбыздын элементардык бөлүкчөлөргө болгон “аңчылыгы” башталат. Ал эми нейтринонун жаратылышынын өзүнө болгон кызыгуусу Хальцен АКШга көчүп барганда гана күчөдү десек болот. Анткени, физик 1972-жылдан тарта Висконсин штатындагы атактуу Мэдисон университетнде эмгектене баштаган болчу. Ал жерде окумуштууга зарыл болгон бардык шарттар түзүлгөн. Натыйжада ал космос нурлары физикасынын алдыңкы адиси катары эл аралык абройго ээ болгон. Андан сырткары Хальцен космос нурларыны аномалдык касиеттери жана кварктар материясы жөнүндө өтө олуттуу макалаларды жарыялаган. Элементардык бөлүкчөлөрдүн физикасы менен космос нурларынын байланыштары боюнча изилдөөлөрү дүйнө коомчулугунда терең кызыгууну пайда кылган. Галактиканын алыскы жаңы пайда болгон жылдыздарынан чыккан бөлүкчөлөрдүн жана атмосферага чейин жете келген гамма-нурларынын составындагы мюондордун жаратылышы боюнча оригиналдуу изилдөөлөрдү жүргүзгөн. Ал түрдүү илимий-консультативдик комитеттердин мүчөсү болуп, SNO, Telescope Array, жана Auge-upgrade сыяктуу ири долбоорлордун алдыңкы аткаруучуларынан болгон. Германиянын Гейдельберг жана Мюнхен шаарларындагы Макс Планк атындагы илим изилдөө институттарында талыкпай иштеген. Анын айрыкча Токио университетинин ICRR эл аралык долбоорундагы ийгиликтери мактоого арзыйт. Анткени, дал ушул жерде Хальцен элементардык бөлүкчөлөрдүн приоритеттик моделин жыйнактап, Стандарттык моделге өбөлгө боло турган чечүүчү сунуштарды берген. Европанын бир нече алдыңкы илимий борборлору биригип аткарышкан ApPEC долбоору аркылуу биринчи жолу “астрофизикалык бөлүкчөлөр” деген аталыштагы илимий концепцияны калыптандырган.
- Бирок, “өтө өжөр” нейтринону так жана ишенимдүү каттоо үчүн эч
кандай кошумча сигналдар жолтоо болбой турган илимий чөйрө зарыл болчу. Каарманыбыз ушул шартты камсыз кылуу максатында IceCub долбоорун сунуштап, аны курууга жан алакетке түшүп отурат. Ал үчүн окумуштуу Түштүк уюлду тандап алды. Ал үчүн эбегейсин чоң суммадагы акча каражаты керек эле. Хальцен өзүнүн өжөрдүгү астында ал маселени европалык жана америкалык булактардан табууга жетишкен. 2005-жылдан тарта долбоор Антарктиданын Амундсен-Скотт станциясынын алдынан муз казылып башталып, 2011-жылы толук курулуп бүткөн. Анын периметри боюнча 86 катар черенковдук детекторлор жайгаштырылган. Тереңдиги 2.5 км болгон. Ар бир прибор асмандан (демек Ааламдан) келип түшкөн нейтринолор менен муздун атомдорунун аракеттенишүүлөрүнүн натыйжасында пайда болгон черенковдук нурданууларды каттап турат. 2013-жылы IceCube энергиясы өтө жогору болгон биринчи нейтринону каттаган! Демек, нейтрино алыскы космикалык объекттерден Жерге жетип келе алат экен. Ошол алыскы асман телолорунун бири – бул блазарлар. Блазарлар ортосунда өтө массивдүү кара туюктар (чёрные дыры) жайгашкан биздин Галактикадан сырткары орун алган абдан массивдүү асман телолору болуп эсептелет. Алардын суперактидүү ядролору кубаттуу плазмалык агымдарды (джетттер деп коюшат) чыгарышат. Андан чыккан джеттердин ылдамдыгы жарык ылдамдыгынын 95-99%ын түзөт! Жылдыздардын ичинде орун алган термоядролук синтез реакциясынын эн активтүү продуктысы болгон нейтринолор, албетте, жогорку энергияларга ээ болушат. Фрэнсис Хальцендин муз обсерваториясы дал ошол нейтринолорду ишенимдүү түрдө каттап отурат. Акыйкаттык үчүн баса белгилеп коё турган жагдай бар. Албетте, IceCub ден башка дагы нейтриналык борборлор курулган. Мисалы, Антарктидадагы орустардын илимий станциясынын базасында курулган радиоантеннасы. Ал долбоор “AMANDA” деп аталып, 1987-жылдан бери иштей баштаган. СССРдин ошол кездеги илимге болгон күчүн караңыз! Бирок, ал антеннанын эки дефектиси бара эле. Алар, космос нурларынын таасири жана муздун үстүндө пайда болгон абанын “нымдуу чыбырчыктары”. Ошондой болсо дагы орустардын антеннасы 2005-жылдан тарта IceCube нин бир бөлүгү катары колдонула баштаган (жогорку сүрөттө ак түстөгү антенна даана көрүнүп турат). Мындан сырткары, япондор дагы Хида шаарынын жака белинде тереңдиги 1 км болгон “Super – Kamiokonde” аттуу нейтринолук обсерваторияны курууга үлгүрүшкөн. Станция суу/радиохимикалык детекторлору менен жабдылган. Ал станция 1996-жылдан бери иштеп, жогорку энергиялуу нейтринолорду жана протондун ажыроо кубулушун тынымсыз изилдеп келет. Саманчынын Жолунан орун алган супержаңы жылдыздардын нурларын жана Күн менен атмосферанын нейтринолоруна да байкоо жүргүзөт. Бирок, чечүүчү илимий жетишкендиктер орун алган эмес. Дагы бир мисал, орус физиктери Байкал көлүнүн ичине дагы нейтринолук обсерватория курушкан!
- Нейтринонун космикалык табияты эң биринчи орунда турат.
Триллиондогон нейтринолор ар бир секунда сайын Жерди тепчип өтөт. Алар, негизинен, Күндүн жана жылдыздардын ичинде орун алган термоядролук синтез реакцияларынын продукталары катары жаралышат. Алардын булактары катары супержаңы жылдыздар жана активдүү галактикалар эсептелишет. Нейтринолор гравитациялык жана алсыз (слабое) аракеттенишүүлөр кубулуштарына гана катышышат. Алардын спиндери ½ болгондуктан фермиондор классына таандык. Демек, Стандарттык моделдин негизги “оюнчуларынан боло алышат. Нейтринонун жаратылышын билүү менен алыскы асман телолорунун физикалык жана химиялык касиеттерин изилдей алабыз. Реликтикалык нурлар алып келген маалыматтар аркылуу алгачкы Чоң Жарылуу процессин да үйрөнсөк болот. Ядролук синтез реакцияларын жана жалпы эле кубулушун изилдөөдөгү нейтринонун катышы жөнүндөгү илимий маалыматтар баа жеткис! Чынында нейтрино биз үчүн дүйнө түзүлүшүн таанууда абдан зор кызмат кыла алат. Ал турсун азыркы учурдагы абдан актуалдуу болуп бара жаткан башкарылуучу термоядролук синтез реакциясын жүргүзүүгө арналган ядролук реакторлордун иштөөсүнө да зор үлүшүн кошот. Мисалы, өтө чоң температурадагы плазманы башкаруудагы илимий проблемаларды толук түшүнүү үчүн нейтринонун жүрүм-турумун анык жана так билүү абдан маанилүү маселе болуп эсептелет.
Нобель Комитети физика боюнча быйылкы сыйлыгын Фрэнсис Хальценге жалгыз ыйгарып отурат. Демек, каарманыбыздын илимий кадыры абдан жогору экендиги билинип турат. Буга чейин, мындай сыйлык жалгыз адамга өтө сейрек ыйгарылчу. Алар физиканын эң ири корифейлери – Вильгельм Рентген, Джозеф Томсон, Макс Планк, Альберт Эйнштейн, Эрнест Резерфорд, Нильс Бор, Луи де Бройль, Энрике Ферми, Вернер Гейзенберг, Лев Ландау ж.б. бир нечелер эле болчу. Нейтринолук физиканын келечеги али алдыда. Дагы көптөгөн сенсациялык илимий ачылыштар нейтринонун түздөн-түз катышуусу менен орун алаарына көзүбүз жетип эле турат.
Каныбек Осмоналиев,
Кыргыз Республикасынын илимине эмгек сиңирген ишмер, профессор
