Энэ жилийн нобел - 30 жилийн төөрөгдөл

Эгэл бөөмсийн ертөнцийг судалж, тэдний шинж чанарыг таньж мэдэхээр өдий төдий эрдэмтэн судлаачдын эрдэм ухааныг шавхарч, төдийг хүртлэх онолуудыг давхарлан овоолсоноор бий болсон зүйл, тэр бол эгэл бөөмсийн “Стандарт загвар” юм.

Стандарт загвар бараг бүрэн боловсорч, физикчидын дунд түгэн тархсан нь 1970-д оны явдал. Түүнээс хойш 30-аад жилийн турш хийгдэж ирсэн эгэл бөөмсийн талаарх элдэв туршилтууд бүгд булан тохойгүй стандарт загварын зөгнөсөн үр дүнг нотолсоор иржээ.

Эгэл бөөмстөй холбоотой туршилтын үр дүнгүүдийг эмхэтгэвэл 700 гаруй хуудас бүхий ном бий болно. 1998 он хүртлэх уг номонд тэмдэглэгдсэн дата бүгдээрээ стандарт загварыг дэмжиж байлаа.

Тэгтэл стандарт загварт анхны эргэлзээг чулуудсан явдал болсон нь, 1998 онд зарлагдсан “Нейтриногийн жин” байв. Энэ илтгэл дэлхий даяар цацагдаж, “NewYork Times” сэтгүүлийн бүтэн нүүрийг чимэх хүртлээ цуурайтав. Яагаад нейтрино жинтэй нь тэгтэлээ асуудал болсон юм бол? Тэр бол, стандарт загвар нейтриног жингүй гэсэн нөхцөл дээр суурилж байдаг учраас тэр юм.

Эгэл бөөмс нүдэнд үл үзэгдэх боловч, сансар огторгуйгаар дүүрэн нисэлдэж буй. Мэдээж хэрэг бидний эргэн тойронд ч мөн адил нүдэнд үл үзэгдэх эгэл бөөмсүүд нисэлдэж байгаа. Тэдний нисэлтийг сайтар ажиглатал, дэлхий шиг тэнхлэгээрээ эргэлдэн нисэж байв. Тэр эргэлт нь мэдээж баруун болон зүүн гэсэн хоёр янз байх учиртай боловч, нейтриногийн хувьд зөвхөн ганц эргэлт л ажиглагддаг юм гэнэ. Үүнд гайхсан судлаачдын гаргаж тавьсан санаа нь, нейтрино бол гэрлийн хурдаар хөдөлдөг учраас зөвхөн өрөөсөн нь ажиглагддаг гэх онол байж. Эгэл бөөмсийн хувьд өчүүхэн төдий л жин байх юм бол гэрлийн хурдаар хөдөлж чадахгүй. Эндээс гэрлийн хурдаар хөдөлдөг нейтриног жингүй гэж үзэхээс өөр аргагүй болжээ.

Нейтриногийн жинг анхлан нээсэн нь Японы Гифү аймгийн Камиока уурхайн ууланд суурилагдсан Super-Kamiokande хэмээх төхөөрөмж. 1987 онд нэн шинэ одны дэлбэрэлтээс үүссэн нейтриног амжилттай ажиглаж чадсан Kamiokande-гийн залгамж загвар. Усны танкны хэмжээг 3000 тонноос 50,000 тонн хүртэл даруй 17 дахин ихэсгэж ажиглалтын нарийвчлалыг ахиулсан.

Стандарт загварт нейтриног жингүй гэж тодорхойлсон боловч, үнэхээр тийм эсэхийг нь шалгах туршилт төдийг хүртэл ч олон тоогоор хийгдэж ирж. Нейтрино нь нэн шинэ одноос гадна нар, агаар мандал, эсвэл дэлхийн гүнээс гэхчлэн газар бүрээс үүсдэг боловч, сул хүчтэй л харилцан үйлчлэлд ордог тул түүнийг барьж авах нь тун бэрх.

Super-Kamiokande дэхь туршилтанд агаар мандалд үүссэн нейтриног ажиглатал, дэлхийн хойд хагасаас ирэх нейтрино болон өмнөд хагаст үүсээд дэлхийг нэвтлэн хүрч ирэх нейтриногийн тооны харьцаа нь өөр болох нь мэдэгдэв. Нейтрино бол дэлхийгээс ямар ч нөлөө мэдрэх учиргүй. Тиймээс дэлхий замд нь байна уу үгүй юугээс үл хамааран ижил тооны нейтрино ирэх учиртай атал, яагаад ч юм тооцоолсоноос цөөн тоогоор ирээд байх юм гэнэ. Энэ үзэгдлийг улам лавшруулан шалгаж үзтэл, нейтрино нь замдаа төрлөө хувирган ирж байсан нь тогтоогдов. Уг туршилтанд 3 төрлийн нейтрино дотроос μ-нейтрино (мью нейтрино) гэдэг төрлийг нь ажиглаж байж. Тэгтэл энэхүү нейтрино нь үүссэнээс хойш Super-Kamiokande хүртэл нисч ирэх хоорондоо τ-нейтрино (тао нейтрино)-д хувираад, тэндээсээ буцаад μ-нейтрино болох “нейтрино хэлбэлзэл” гэх үзэгдлийг давтаж байж. Үүнээс болоод ажиглалтын явцад яг тал хэмжээний μ-нейтрино ажиглагдсан болж таарав. Энэхүү нейтрино хэлбэлзэл гэх үзэгдлийг анхлан тогтоосны үр дүнд нейтринод жин бий болох нь тодорой болж иржээ.

Ингэж хэлэхээр томъёо бодсоор байгаад тархи нь сийрэгжсэн манай зарим хүмүүс шууд гайхаж мэдэх юм. Яахаараа нейтрино хэлбэлзэл гээч юм шууд нейтриногийн жинтэй холбогдоод явчив аа, гэж. Нейтриног жингүй гэж батлахын тулд, нейтриног гэрлийн хурдаар хөдөлдөг гэж батлахад л хангалттай. Тэгэхээр энд Эйнштейний харьцангуйн онолыг эргэн нэг санацгаая. Харьцангуйн онолоор бол, энэ ертөнцөд хамгийн хурдан зүйл бол гэрэл бөгөөд, гэрлээс хурдан зүйл оршин байхгүй. Энэ бол гэрлийн хурд үл хувирах зарчим.

Харьцангуйн онолд гэрлийн хурданд дөхөх тусам тухайн хөдөлж буй биет бусадтай харьцуулахад цагийн урсалт удааширч ирнэ. Тэгээд яг гэрлийн хурданд тулж очих үед цагийг нэгэнт мэдрэхээ болих болно. Хэрэв нейтрино цаг хугацааг мэдэрдэггүй байсан бол, нейтриногийн хэлбэлзэл гээч үзэгдэл болох нь хачирхалтай хэрэг болно. Жишээ нь, хүн бид цагийг мэдэрдэг нь, өсөж том болж, хөгширч, гэдэс өлсөж, гэх мэтээр ямар нэгэн өөрчлөлтийг анзаардагтай холбоотой шүү дээ. Өөрийн болон ойр тойрны юу ч өөрчлөгдөхгүй бол цагийн урсалтыг мэдэх ямар ч боломжгүй гэсэн үг.

Мэдээж нейтриногийн хувьд ч энэ нь адилхан бөгөөд, нейтрино хэрэв цаг хугацааг мэдэрдэггүй байсан бол μ-нейтриногоос τ-нейтрино болон хувирах явдал ч байж таарахгүй. Тиймээс нейтриногийн төрөл нь хувирах үзэгдэл ажиглагдсан явдал нь, нейтриног ямар ч байсан гэрлийн хурднаас арай удаанаар хөдөлдөг болохыг гэрчилж байгаа хэрэг. Тэгээд нейтрино нь гэрлийн хурдаар хөдөлдөггүй юм гэвэл, маш өчүүхэн ч бай түүнд жин бий гэсэн дүгнэлт мөрдөн гарна.

Super-Kamiokande дэхь туршилтаас хойш, хиймлээр үүсгэсэн нейтрино ашигласан туршилт дээр ч бас нейтрино жинтэй болох нь 99.99% илүү магадлалтайгаар нотлогдоод буй. Ийнхүү 30 жилийн турш итгэгдэж ирсэн стандарт загвар нейтриногийн жинг даалгүй нуран унаж, түүнийг нээсэн Япон эрдэмтэн Кажита Такааки энэ жилийн Нобелийн физикийн шагналыг хүртэх болсон билээ.