ბნელზე ბნელი

 ახალი ექსპერიმენტი, სამყაროს ფიზიკური სახის შეცვლაზე აცხადებს პრეტენზიას.  აპრილის ბოლოს ჯეფერსონის ლაბორატორიის პატარა ამაჩქარებელზე ბნელი მატერიის ძებნასთან დაკავშირებული ექსპერიმენტი ჩატარდება. დიდ ადრონულ კოლაიდერზე ჩატარებული მრავლწლიანი ცდებისგან განასხვავებით, ის მხოლოდ სამი კვირა გაგრძელდება, თუმცა ფიზიკოსები იმედოვნებენ, რომ ამ დროის განმავლობაში ისინი ჰიპოთეტური ნაწილაკის აღმოჩენას შეძლებენ, რომელიც მძიმე, ან ბნელი ფოტონის სახელითაა ცნობილი. თუ ეს ნაწილაკი აღმოაჩინეს, მაშინ მეცნიერებს სამყაროს შესახებ არსებული თეორიების ახლიდან გადაწერა მოუწევთ.

 ისეთი უჩვეულო სიტყვები, როგორიცაა კოლაიდერი, ბოზონი, კვარკი, სტანდარტული მოდელი, ბოლო დროს ფიზიკასთან შორს მყოფი ადამიანების ყოველდღიურ ლექსიკონშიც კი მყარად დამკვიდრდა. ტექნოლოგიების განვითარებასთან ერთად, განსაკუთრებით ორი ათასი წლის მერე, მეცნიერებს მატერიის აღნაგობის ყველაზე უფრო საკრალურ დონეებზე შეღწევის საშუალება მიეცათ, თან ინტენსივობით, რომელიც წინანდელს რამდენიმეჯერ აღემატება. გარდა ამისა, მასმედიის მსოფლიო ბატონობის ეპოქაში ფიზიკურმა ექსპერიმენტებმა აქამდე არნახული პიარი მიიღეს.

 ექსპერიმენტი და თეორია

 ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკაში მნიშვნელოვანი აღმოჩენები გაცილებით ადრე მოხდა – XX საუკუნის პირველი სამოცი წლის განმავლობაში. ახალი აღმოჩენები ხშირად ფიზიკოსებს უკვე არსებული მოდელების გადახედვას აიძულებდა ხოლმე. 1930-იანი წლების ბოლოს, კოსმოსური სხივების მკვლევარებმა, ახალი ნაწილაკი აღმოაჩინეს, სახელად მიუონი, რომელიც არ ჯდებოდა სამყაროს ფიზიკური აღქმის მაშინდელ წარმოდგენებში.

 მომდევნო წლების განმავლობაში კიდევ რამდენიმე აქამდე უცნობი ნაწილაკი აღმოაჩინეს – მთლიანობაში, მათი საერთო რიცხვი 12-მდე ავიდა, სამ ოჯახიან სისტემაში თითოეულში ოთხი ნაწილაკით. ამ ელემენტარული ”აგურებით”, როგოც ითვლება, არის სამყარო აგებული. ნივთიერება, ან მატერია, მუდმივად სტატიკურ მდგომარეობაში არ იმყოფება, არამედ სხვა და სხვა გვარ ზემოქმედებას განიცდის, რომელიც, როგორც აღმოჩნდა, ოთხ ფუნდამენტურ ტიპად იყოფა: ძლიერი, სუსტი, ელექტრომაგნიტური და გრავიტაციული. როგორც ფიზიკოსებმა დაადგინეს, ურთიერთქმედებაც ნაწილაკებს გადააქვთ(ბოზონებს), თუმცა გრავიტაციის გადამტანი ნაწილაკის, გრავიტონის, არსებობასთან დაკავშირებით მეცნიერებს საერთო მოსაზრება არ გააჩნიათ.

 სპეციალისტებმა ყველა ურთიერთქმედებებისა და ნაწილაკების თვისებები ერთ საერთო თეორიაში მოაქციეს(გრავიტაციულის გარდა), სახელად სტანდარტული მოდელი. სტანდარტული მოდელი საკმაოდ კარგად გამოიყურება, თუმცა მასა და მის მიერ წარმოდგენილ სამყაროსეულ აღწერას რამდენიმე სამწუხარო ნაკლი გააჩნიათ, რომლებიც ფიზიკოსებს ძალიან აწუხებთ. პირველ რიგში, ის ვერანაირად ვერ ხსნის, თუ რატომ აქვთ ნაწილაკებს მაინც და მაინც ასეთი თვისებები – მაგალითად, რატომ არიან ნაწილაკები განაწილებულნი სამ ოჯახად და არა, მაგალითად, რვად, ან რატომ არის სხვა და სხვა ოჯახის ”მონათესავე” ნაწილაკების მასებს შორის ასეთი დიდი განსხვავება. ერთი შეხედვით, ამ პარამეტრის მნიშვნელობაში არანაირი სისტემურობა არ შეიმჩნევა. ამასათნ ერთად სტანდარტულ მოდელში შემავალი ნაწილაკების პარამეტრების უმცირესი ცვლილება სამყაროს კაპიტალურ გარდაქმნას გამოიწვევდა – ასეთ სამყაროს არაფერი საერთო არ ექნებოდა იმასთან, რომელშიც ჩვენ ვცხოვრობთ.

 კითხვა ”რატომ არის მაინც და მაინც ასე?” ფუნდამნტურ ურთიერთქმედებებთან დაკავშირებითაც ჩნდება, ისინი ძალიან განსხვავდებიან ზემოქმედების ინტენსიურობით, მაგალითად: ძლიერი ათასჯერ აღემატება ელექტრომაგნიტურს, ხოლო ელექტრომაგნიტური 1042-ჯერ(!) აღემატება გრავიტაციულ ძალას, თუმცა გრავიტაცია სტანდარტულ მოდელში არ შედის. კიდევ ერთი სერიოზული ნაკლი: მართალია არ არსებობს უტყუარი მტკიცებულება იმისა, რომ ეს ოთხი ძალა ერთი თეორიის ჩარჩოებში უნდა გაერთიანდეს, ფიზიკოსთა უმრავლესობა დარწმუნებულია, რომ ერთიანი სისტემა უნდა არსებობდეს(ადამიანებს, რომლებმაც სკოლის დამთავრებასთან ერთად ფიზიკა საერთოდ დაივიწყეს, მეხსიერებაში მაინც დარჩათ, რომ აინშტაინი უკანასკნელი რამდენიმე ათეული წლის განმავლობაში სწორედ ასეთი თეორიის შექმნას ცდილობდა).

 XX საუკუნის ბოლოს სპეციალისტთა უმრავლესობა იმ დასკვნამდე მივიდა, რომ სტანდარტული მოდელი განახლებას ითხოვდა, ან კარდინალურ ცვლილებას, მაგრამ საკმარისი რაოდენობის ექსპერიმენტული მონაცემების არ არსებობის გამო ვერ მტკიცდებოდა, რომ მოდელი მოძველდა. ამასთან ერთად, ფიზიკოსებმა რამდენიმე თეორია შეიმუშავეს, რომელთა შორისაც ყველაზე უფრო სარწმუნო სიმების თეორია(ან სუპერსიმების) და სუპერსიმეტრიის თეორიაა. ამ ან სხვა თეორიების მართებულობის დამამტკიცებელი იქნება ახალი ნაწილაკების აღმოჩენა, ან უკვე აღმოჩენილების თვისებათა დაზუსტება(მაგალითად, ნეიტრინული ოსცილაციების ახალი ტიპები(ნეიტრინოს სხვა სორტის ნეიტრინოდ ან ანტინეიტრინოდ გადაქცევა)).

 გამოსავალს მეცნიერები კოლაიდერებზე ჩატარებულ ექსპერიმენტებში ხედავენ – ფიზიკურ მოწყობილობებში, რომლებშიც მაღალ ენერგიებზე ხდება სხვა და სხვა სახის ელემენტარული ნაწილაკების შეჯახებები. ასეთ ”ავარიებში” საწყისი ნაწილაკები სხვა ნაწილაკებად იშლებიან, რომლებიც, თავის მხრივ, კიდევ რამდენიმე ”ნამსხვრევად” შეიძლება დაიშალონ. ადრე თუ გვიან  შეჯახებით გაჩენილი ნაწილაკები დეტექტორში ხვდებიან, მათი შემადგენელის, ენერგიისა და ტრაექტორიების ანალიზით, მკვლევარები გარდაქმნათა მთლიანი ჯაჭვის აღდგენას ახერხებენ.

 დაკარგული მატერია

 ახლა კი ის დრო მოვიდა დედამიწიდან კოსმოსში გადავინაცვლოთ. აქ ასტრონომებს ისეთივე პრობლემა შეექმნათ, როგორიც ამაჩქარებლებში ნაწილაკების კონათა შეჯახებებზე მომუშავე ფიზიკოსებს. ჯერ კიდევ XX საუკუნის 30-იან წლებში შვეიცარიელმა ასტრონომმა ფრიც ცვიკკიმ ივარაუდა, რომ სამყაროში უნდა არსებობდეს უხილავი მატერია, თანაც გაცილებით მეტი რაოდენობით, ვიდრე ჩვეულებრივი მატერიაა. ჰიპოთეტურ სუბსტანციას ბნელი მატერია უწოდეს. მისი აუცილებლობა იმის გამო გაჩნდა, რომ ტელესკოპებით დანახული გალაქტიკებისა და მათი გროვების გრავიტაციული მიზიდულობა(ე.ი. მასაც) არ იყო საკმარისი სამყაროს კომპონენტთა ერთად შესაკავებლად(რაღაც ძალა გალაქტიკაში აკავებს მის ცენტრთან სუსტად დაკავშირებულ განაპირა ვარსკვლავებს).

 მოგვიანებით ჩატარებულმა გამოთვლებმა აჩვენა, რომ მთლიანობაში, სამყაროს შემადგენელ ნივთიერებათა მასის 23% ბნელ მატერიაზე უნდა მოდიოდეს, ხოლო ხილულ(ჩვეულებრივ) მატერიაზე მხოლოდ 4,5%. დარჩენილი 72% კი ”თავის თავზე” ბნელმა ენერგიამ აიღო – ძალამ, რომელიც სამყაროს აჩქარებით აფართოებს.

 ჰიპოთეზა ბნელი მატერიის არსებობის შესახებ კარგად ხსნის დამზერად კოსმოსურ მოვლენებს, თუმცა ექსპერიმენტულად, იდუმალი სუბსტანციის შემადგენელი ნაწილაკების აღმოჩენა ჯერჯერობით ვერ ხერხდება, რადგან ის ჩვეულებრივ მატერიასთან მოლოდ გრავიტაციულ მოქმედებაში შედის, ანუ არ ასხივებს ელ.მაგნიტურ ტალღებს, რის გამოც მისი დანახვაშეუძლებელაი(ბარიონული(ხილული) და არაბარიონული ბნელი მატერია).

 აღსანიშნავია, რომ ”საეჭვო” სიგნალები, რომლებიც ირიბად შეიძლება მიუთითებდნენ ბნელი მატერიის არსებობაზე, მეცნიერებმა არა ერთი დააფიქსირეს, თუმცა ისინი დამატებით, სრულფასოვან მტკიცებულებებამდე ”ვერ ქაჩავდნენ”. მაგალითად, 2008 წელს, მოწყობილობამ სახელად PAMELA(ანტიმატერიისა და მსუბუქი ბირთვების ასტროფიზიკის საკვლევი აპარატი), რომელიც რუსულ თანამგზავრ ”Ресурс-ДК1”-ზე იყო დაყენებული, კოსმოსურ სხივებში პოზიტრონების(ანტიელექტრონი) ჭარბი რაოდენობა აღმოაჩინა. სავარაუდოთ, ბნელი მატერიის ნაწილაკების(მათ ვიმპებს ეძახიან WIMP) ურთიერთ ანიჰილაციის(ანტიმატერია(1)) დროს სწორედ პოზიტრონები უნდა გაჩდნენ. თეორიულ მოდელთა უმრავლესობის მიხედვით, ასეთივე პროცესმა პროტონებისა და ანტიპროტონების გაჩენამდე უნდა მიგვიყვანოს, თუმცა PAMELA-მ ისინი ვერ აღმოაჩინა(ნახეთ ესეც).

 ჯეფერსონის ლაბორატორიის(ვირჯინია,ა.შ.შ.) მეცნიერებმა ბნელი მატერიის მოუხელთებელი ნაწილაკების, თან კიდევ ”უფრო ბნელის” ვიდრე ვიმპია, ძებნის კიდევ ერთი ახალი მეთოდი მოიგონეს. მკვლევარები ლაბორატორიაში არსებულ ამაჩქარებელ CEBAF-ის საშუალებით ე.წ. მძიმე, ან ბნელი, ფოტონების რეგისტრირებას აპირებენ. ჩვეულებრივი ფოტონების, გამოსხივების კვანტებისგან განსხვავებით, მძიმე ფოტონები მეხუთე ფუნდამნეტური ურთიერთქმედების გადამტანები უნდა იყვნენ, რომელიც მხოლოდ მატერიის ”ბნელ სექტორზე” მოქმედებს.

(ექსპერიმენტის ლოგო).

 ჯერჯერობით არც ”ბნელი სექტორის”, არც მეხუთე ურთიერთქმედების არსებობა მეცნიერული საზოგადოების მიერ ერთმნიშვნელოვნად აღიარებული არ არის, თუმცა ვირჯინიელი ფიზიკოსები მაინც აპირებენ ჩაფიქრებული ექსპერიმენტის ჩატარებას იმის გამო მაინც, რომ ის მხოლოდ სამი კვირა გაგრძელდება. ამ დროის განმავლობაში აჩქარებული ელექტრონები(ატომი) ვოლფრამის სამიზნეს შეეჯახებიან – ყოველ წამში მას 500 მილიონამდე ელექტრონი შეეჯახება. ელექტრონული კონის ენერგია ისეთია, რომ არსებობს შეჯახების დროს ბნელი ფოტონების გაჩნის მაღალი ალბათობა(თუ ისინი საერთოდ არსებობენ), რომელთაც დეტექტორი HPS(მძიმე ფოტონების დეტექტორი)-ი დაარეგისტრირებს. ექსპერიმენტი 24 აპრილს დაიწყება და ამ 21 დღის განმავლობაში მეცნიერები ბნელი ფოტონის შესაძლებელი მასების დიაპაზონის გადამოწმებას შეეცდებიან. შემდეგ კოლაიდერი გადასაიარაღებლად დაიხურება – ელექტრონული სხივის ენერგია ორჯერ გაიზრდება, ასეთი ”აპგრეიდი” კი 2015 წლისთვის ”ბნელი სექტორის” სხვა ნწილაკების ძებნის გაგრძელებას შესაძლებელს გახდის.

 ბევრს არ ჯერა HPS-ზე ექსპერიმენტის წარმატებით დასრულების, თუმცა მეცნიერებს ასეთ მოკლე დროში და ასე იაფად(3 მილიონი დოლარი, დეტექტორის ფასი) ჰიპოთეზის გადამოწმების შანსის ხელიდან გაშვებაც არ უნდათ. მიღებულლი შედეგების მიუხედავად ეს მცდელობა ბოლო არ იქნება, რადგან ასტრონომებს ძალიან ჭირდებათ ბნელი მატერია, მის გარეშე სამყარო სრულიად გაუგებარი რჩება, რაც მეცნიერებს, რა თქმა უნდა, არ აწყობთ. თუ ”ბნელი სექტორი” მკვლევართათვის მიუწვდომელი დარჩა, მაშინ მათ არსებულ მოდელში დამზერადი ანომალიების რამენაირად ”ჩაკვეხება” და ახალი შემოწმებადი ექსპერიმენტების მოგონება მოუწევთ.