Биз коинотда кўриб турган ҳамма нарса материядан иборат. Физиклар учун бу анчайин муаммо саналади. Чунки физика нуқтаи назарида материя ва антиматерия ўзаро эквивалент бўлиши керак деб ҳисобланади. Япон олимларининг бу борадаги изланишлари ҳақида «Дарё» колумнисти Музаффар Қосимов маълумот беради.

Табиатдаги мавжуд материя миқдорига муқобил миқдорда антиматерия ҳам бўлиши даркор. Хусусан, замонавий физиканинг марказий назарияларидан бўлмиш Стандарт модели шуни тақозо қилади. Аниқроғи, биз материя ва антиматериянинг ўзаро тўқнашиши ва аннигиляциясидан қолган фотонларнигина кузатишимиз керак эди. Янада аниқроғи эса биз буни ҳам кўра олмаслигимиз керак эди, чунки бизнинг танамиз ҳам материядан иборат ва унга муқобил антиматерия билан бу материя аллақачон бир-бирини нейтраллаб қўйиши керак эди.

Фото: Google Photos

Лекин табиатда бундай эмас ва биз ҳар ён ҳар тарафда материянинг тиқилиб ётганини кўриб турибмиз. Ўзимиз ҳам ғиж-ғиж материядан ташкил топган тана ичида яшаймиз. Антиматерия жуда оз миқдорда. Чунки коинот яратилган ўша илк ҳодиса — «Улкан портлаш»дан кейин табиатда материянинг миқдори антиматериянинг миқдоридан кўпроқ бўлиб қолган ва ундан юлдузлар, галактикалар, сайёралар ва сиз билан бизнинг танамизни ташкил қилувчи моддалар шаклланган. Демак, материя ва антиматерия ўзаро эквивалент ҳам эмас. Бошқача айтганда, материя ва антиматерия ўзаро асимметрикдир!

Олимлар субатом заррачалар миқёсида симметриянинг бузилишига оид битта мисолни аниқлади. Лекин бунинг ўзи билан табиатда нега материя антиматериядан кўпроқ эканини изоҳлаб бўлмайди. Бошқа турдаги асимметриялар ҳақида ҳам муайян гипотезалар илгари сурилди. Шундай гипотезалардан бири яқинда япон олимларнинг изланишлари туфайли исботлангандек кўринмоқда.

Албатта, эълон қилинган ушбу тадқиқот натижасининг аниқлик даражаси ҳали уни кашфиёт сифатида тўлақонли эътироф этишга йўл бермаяпти. Лекин қўрқмасдан айтиш жоизки, мазкур тадқиқот анча йиллардан бери жойидан қўзғалмай турган мазкур соҳадаги изланишларнинг кейинги ривожи учун мустаҳкам асос барпо қилиб беради. Хуллас, муз жойидан кўчди. Келинг, унинг моҳияти билан танишамиз.

Субатом заррачалар асимметрияси

Материянинг кўпроқ экани, фундаментал заррачалар миқёсидаёқ намоён бўлиши кутилган ва табиий нарса (чунки ҳамма материя ҳам, аввало, шу субатом заррачалардан тузилган бўлади). Ҳозирча бундай фарқ нейтронлар, протонлар ва бошқа зарраларни ташкил қилувчи заррачалар — кварклар туркумида аниқланди. Субатом кварк заррачалари миқёсидаги материя ва антиматериянинг бу тахлит фарқи 1964 йилда кварклар ва антикваркларнинг кучсиз ўзаро таъсирларидан аниқланди.

Лекин, материя ва антиматериянинг ўзаро номувофиқлигини изоҳлаш учун бунинг ўзи камлик қилган.

Албатта, бошқа тафовутлар борасида ҳам гипотезалар мавжуд. Масалан, лептонлар деб юритиладиган заррачалар туркуми учун ҳам тегишли гипотеза ишлаб чиқилган. Лептонлар — бу нейтрино, мюонлар, электронлар ва шунга ўхшашлардир. Ва лептонлар ва антилептонлар ўртасида асимметрия мавжуд бўлса, унда вақт ўтиши билан бунинг натижасида нафақат лептонларнинг антилептонларга нисбатан кўпроқ бўлиб қолишига, балки атом массасининг катта қисмини ташкил қилувчи заррачалар туркуми — барионларнинг ҳам кўпроқ бўлишига олиб келиши керак.

Хўш, бу фарқни қандай қилиб пайқаш мумкин? Олимлар заррачалар устидан жуда узоқ кузатув олиб борди. Хусусан, улар нейтринони кўпроқ кузатди. Япониянинг T2K Collaboration номли йирик илмий лойиҳаси айнан шу масала билан шуғулланади. Бу чуқур еростига жойлаштирилган ғалати тажриба майдончаси бўлиб, у тутқич бермас заррача — нейтринони пойлаш учун барпо қилинган.

Ҳамма гап нейтринода!

Нейтрино — ўзига хос жиҳатлари билан машҳур бўлган субатом заррачасидир. Бу ўзига хосликлардан энг асосийси шуки, унинг муайян аниқ бир ҳолати мавжуд эмас. У уч хил ҳолатлар орасидаги суперпозиция ҳолатида бўлади. Биз нейтринога тегишли ўлчов олиб борганимизда, у ёки электрон-нейтрино ёки мюон-нейтрино ё тау-нейтрино ҳолатида бўлади. Афсуски, японларнинг ўша мазкур детектори тау-нейтрино ҳолатини барибир тута олмайди.

Сиз мюон-нейтрино гуруҳчасидан бирортасини аниқласангиз, катта эҳтимоллик билан кейинги сафар бир неча электрон-нейтринога дуч келасиз.

Буларнинг ўзаро ўзгарувчанлиги билан материя-антиматерия асимметриясининг нима алоқаси бор?

Гипотетик жиҳатдан нейтринонинг ўзгарувчанлиги антинейтринонинг ўзгарувчанлигидан фарқ қилиши керак. Ва ушбу фарқни сезиш учун эса бу каби заррачалар устидан юз ва балки минглаб марта кузатув ўтказиш керак.

Ерости тажрибахонаси нимага керак?

T2K лойиҳаси устида ишлаётган олимлар мана бир неча йилдирки, протонларни тўқнаштириш орқали беқарор заррачалар оқимини ҳосил қилиш билан тажрибалар юритмоқда. Зарралар тўқнашгач, бир неча мюон-нейтрино ҳосил қилади ва улар ўша йўналишда учишда давом этади. Натижада, нейтринодан иборат оқим юзага келади. Олимлар эса ёки мюон-антинейтринодан нур оқими ёки мюон-нейтринодан иборат нур оқимини ҳосил қилиш орқали заррачаларнинг зарядини бошқариб туришлари мумкин бўлади.

Кейин ушбу нурлар 300 км масофада жойлашган сув резервуарига томон йўналади. Бу ўринда ҳеч қандай туннелга зарурат бўлмайди, чунки нейтрино деярли ҳеч қачон материя билан ўзаро таъсирлашмайди. Ушбу учиш масофаси давомида эса ўша мюон-нейтринолардан айримлари электрон-нейтринога айланиши мумкин (ёки мюон-антинейтринолардан айримлари электрон-антинейтринога айланади).

Сувли резервуар тажрибахонаси Super Kamiokande деб номланади ва унда соф молекуляр сув сақланади. Унинг деворлари фотодетекторлар билан қопланган. Унга етиб келган нейтрино сув молекуласи ядросидаги заррачалар билан таъсирлашганда (бу жуда камдан-кам содир бўлади) ундан электрон ва мюонлар учиб чиқиб кетади. Детекторлар эса ушбу учиб чиқиб кетишдан ҳосил бўлган ёруғликни пайқайди ва қайд қилади, шунингдек, унинг турини аниқлайди (тау турини аниқлай олмаслигини юқорида айтдик).

Ишонасизми, T2K лойиҳасида, ерости тажрибахонасида япон физиклари 2009 йилдан буён шундай экспериментларни олиб бормоқда. Улар яқинда эълон қилган таҳлиллар эса 2009—2018 йилларда олинган жуда кўп сонли тажриба натижаларига таянади. Улар бошланғич нур оқими ва унга мос келувчи детектор қайдларини таққослаш орқали нейтрино ва антинейтринонинг ўзаро баланси қонуниятларини аниқлашга уринган.

Тажриба натижаларига кўра, нейтрино ва антинейтрино миқдорида ҳам муайян қонуниятга таянадиган фарқ кузатилмоқда, деб хулоса қилди японлар. Бироқ бу хулосанинг ишончлилиги 95 фоиз деб айтилгани учун уни ҳозирча илмий натижа сифатида мукаммал исбот деб қабул қилишга ҳам шошмаслик керак. У кейинги илмий ишлар учун асос бўлиб хизмат қилади ва тажрибалар яна давом эттирилади.

Хусусан, энди назариётчи физиклар ушбу маълумотларни паст энергетик нейтрино учун татбиқ қилган ҳолда юқори энергетик нейтрино учун ҳам кўриб чиқишлари мумкин бўлади ва ушбу заррачаларнинг бошқа заррачаларга қандай таъсир қилиш механизмлари мавжудлигини моделлаштиради.