Atom fabrikalari

Astrofizik Ser Fred Xoyl (1915-2001) 1940-yillar boshida, galaktikalarning tuzilishini tadqiq qilar ekan, bir g‘alati faktga e’tibor qaratdi: ma’lum bo‘lishicha, og‘ir yadroli elementlar eski, «qariya» galaktikalarda ko‘proq va aksincha, yangi, nisbatan yosh galaktikalarda kamroq uchrar ekan. Xoyl shunday xulosaga keldi: demak, atomlarning hammasi ham, birdaniga, bir vaqtda paydo bo‘lmagan.

Quyosh tizimi massasining 99% dan ziyod qismini Quyoshning o‘zi tashkil qiladi. Quyosh esa, asosan vodorod va geliy plazmasidan tashkil topgan. Biroq, mazkur elementlar sayyoralarda, aytaylik, Yerda nisbatan kam tarqalgandir. Sayyoralar tarkibida, nisbatan og‘ir va murakkab atomli elementlar ko‘proq uchraydi. Xususan, Yerimizda kislorod, uglerod va temir kengroq tarqalgandir. Ushbu elementlar qayerdan kelib qolgan?

Atomlar Ulkan Portlash vaqtida paydo bo‘lgan degan fikr noto‘g‘ridir. Harqalay atomlar, Ulkan Portlash sodir bo‘lgan lahzaning o‘zida, yoki undan keyinoq vujudga kelmagan. Endigina paydo bo‘lgan, hali qaynoq va shiddatli Koinotda massa va energiya o‘zaro differensiallanib ulgurmagan va mohiyatan ular hali yaxlit fenomen edi. Koinotning kengayishi boshlanib, ushbu jarayon mobaynida uning zichligi kamayib, harorati ham pasayib bordi. Shu jarayonda esa, atomlarning tarkibiy qismlari bo‘lmish kvarklar, elektronlar va boshqa turli tuman zaryadlangan va yoki neytral zarrachalar paydo bo‘la boshladi. Ulardan ba’zilari hatto «o‘z iforiga» [aromat] ham ega (fiziklar jargoni).

Aynan shu jarayonning o‘zida, Koinotda mazkur zarrachalarga teng miqdorda shuningdek antimateriya ham shakllana boradi. Bular — pozitronlar (antielektronlar), antikvarklar va boshqa antizarralardir. Materiya va antimateriya bir vaqtning o‘zida bir joyda mavjud bo‘la olmaydi va o‘zaro uchrashgan chog‘da, o‘zaro annigilyatsiyalanib, nurlanishga aylanib ketadi. Lekin, Koinot paydo bo‘lgan o‘sha ilk zamonlarda annigilyatsiya u darajada keng ko‘lamli va umumiy bo‘lmagan shekilli, harholda, antimateriya va materiya bir-birini annigilyatsiya qilib tugatmadi. Hozirgacha olimlar uchun jumboq bo‘lib qolayotgan noma’lum sababga ko‘ra, Koinotda zarralarning miqdori antizarralarning miqdorida ko‘proq bo‘lib chiqqan va ushbu zarralar keyinchalik biz ko‘rib, his qilib turgan moddiy dunyolarni — galaktikalar, yulduzlar, sayyoralar va boshqa trillion-trillion obyektlarni yaratgan. Ehtimolki, Koinotning faqat antimoddadan tashkil topgan hududlari ham bo‘lishi mumkin, lekin, bunday hududlarni hali beri hech kim payqamadi va kuzatmadi ham.

Zarra-antizarra annigilyatsiyasi Koinot paydo bo‘lgan lahzadan boshlab uzog‘i bilan 10 soniya davom etgan deb baholanadi. Annigilyatsiya jarayonidan keyin Koinotda qolgan subatom zarrachalar o‘z vazifalarini bajarishga kirishishgan va atomlarni tashkil qila boshlashgan. Kvarklar uchligi birlashib protonlarni hosil qilgan. Protonlar dastlabki atom yadrolariga aylanishgan. Taxminan 370000 yil o‘tib, Koinotning harorati yetarlicha darajada pasayganidan so‘ng, ushbu musbat zaryadlangan protonlar elektronlar bilan birlasha boshlagan va ilk vodorod atomlarini hosil qilgan. Shunga qaramay, hali yetarlicha qaynoq bo‘lgan Koinotda tartibsiz har tomonga uchib yurgan vodorod atomlari ham bir-biri bilan to‘qnashib, geliy atomlarini hosil qila boshlagan. o‘sha paytda hosil bo‘lgan vodorod hozirda ham butun Koinot bo‘ylab sochilib yotibdi va uni har joyda uchratish mumkin. Bugungi kunda ham, Koinotni tashkil qiluvchi atomlarning to‘rtdan uch qismi Ulkan Portlashdan so‘ng, Koinot tug‘ilgan paytdan keyin yuzaga kelgan eng dastlabki vodorod atomlaridan iboratdir.

Keyingi milliard yillar mobaynida vodorod atomlari Koinotda ulkan gaz bulutlarini hosil qila boshlagan va borgan sari bunday bulutlar ulkan sharlarga aylanib, gravitatsiya ham shu darajada ulkan bo‘lib borganki, natijada, bunday vodorod sharlarining qa’rida yadroviy sintez jarayoni yuzaga kelgan…

1950-yillar boshida, er-xotin astrofiziklar Jeffri va Margaret Berbidjlar, hamda, ularning hamkasblari Uilyam Fauler va Fred Xoyllardan iborat to‘rtlik yulduzlar evolyutsiyasi bo‘yicha nazariy tadqiqotlar yuritishga kirishishgan. Odatda o‘z ilmiy ishlarini B2FH tarzida jamoaviy imzolaydigan ushbu olimlar guruhi, avvallari boshqa olimlar tomonida yadro qurolini hosil qilish qo‘llanilgan kompyuter modellashtirish dasturini qo‘lga kiritishdi va undan yulduzlar qa’rida sodir bo‘ladigan termoyadro reaksiyalarini modellashtirish uchun foydalanishdi. Shu asnoda ular nukleosintez nazariyasi asoslarini barpo qilishdi. Aynan nukleosintez jarayoni tufayli, yulduzlar ichida vodorod va geliydan keyingi og‘ir elementlar atomlari shakllangan.

Yulduzlardagi vodorod zahirasi cheksiz emas va u tugab borishi bilan yulduz plazmasida geliy hukmronlik qila boshlaydi. Geliy vodoroddan taxminan 4 marta og‘ir bo‘lib, yulduzning termoyadro reaksiyalari kechadigan yadrosida yig‘ila boshlaydi. Qoldiq vodorod esa, geliyli yadroni qoplab turgan yupqa qatlam hosil qilib yonishda davom etadi. Natijada, yulduzning tashqi qatlamlari sezilarli darajada kengayadi va soviydi. Bu jarayon tufayli yulduz qizil gigantga aylanadi. Gigant deyilishining sababi, bunday yulduz o‘zining boshlang‘ich holatiga nisbatan o‘lchamlari jihatdan juda kattalashib ketgan bo‘ladi. Qizil deyilishining sababi — bunday yulduzning sirti boshlang‘ich holatiga nisbatan ancha sovuq bo‘ladi: chunki, issiqlik energiyasi endi nisbatan katta sirt bo‘ylab yoyilib, o‘z intensivligini sezilarli darajada yo‘qotadi. Koinotdagi barcha yulduzlarning taqdiri mana shunday. Xususan, bizning Quyoshni ham oxir-oqibat shunday qismat kutib turibdi. Bu voqea taxminan 5 milliard yildan keyin sodir bo‘ladi.

Qizil gigantning yadrosida uchta geliy atomlari o‘zaro birlashib, uglerod atomini hosil qilishi mumkin. Yadroda geliy zahirasi ham tugab borishi bilan, uglerod — kislorod, natriy, neon kabilarga aylanib boradi. Ushbu elementlardan esa, o‘z navbatida yanada og‘irroq elementlar — o‘rta og‘irlikdagi elementlarning deyarli bir-butun oilasi, xususan, temir va nikel kabilar shakllanadi. Aksar yulduzlarda yadroviy sintez aynan shu bosqichda yakuniga yetadi va yulduz oq mittiga (oq karlikka) aylanib, fazoda daydib yuradigan sovuq yadroli obyektga aylanadi. Lekin, o‘ta gigant ulkan yulduzlar bu bosqichdan ham bemalol o‘tib, juda kuchli va katta quvvatli portlash orqali o‘ta yangi yulduzga aylanadi va temir va nikeldan ham og‘irroq, hamda, kamyob (siyrak) elementlarni hosil qiladi. Aynan shu jarayonda oltin, simob, yoki, uran kabilar hosil bo‘ladi. Xulosa qilib aytadigan bo‘lsak, borliqda deyarli hamma moddiy narsalar, shu jumladan siz va bizning tanamizni tashkil qiluvchi atomlar ham yulduzlar qa’rida tug‘ilgandir.

Bu qiziq:

Yuqorida qayd etilgani singari, kimyoviy elementlarning paydo bo‘lishiga oid astronomik nazariyalarning yuzaga kelishidan bir necha o‘n yillar avval, olimlar turli elementlarning atomlarini o‘zaro sun’iy to‘qnashtirish orqali, oqibatda nima bo‘lishini kuzatishga kirishgan edilar. To‘qnashgan atomlar o‘zaro birlashadimi, yo‘qmi; agar mabodo birlashsa, natijada nima bo‘ladi? yangi element sintez qilinadimi? — kabi savollar fizik-yadroshunos olimlarni zarralarning tezlatkichlarini barpo qilib, qiziq amaliy tajribalar o‘tkazishga undagan. Atomlarni to‘qnashtirish uchun dastlabki paytlarda kuchli elektr maydoniga ega tezlatkichlardan foydalanishgan. Dastlabki shunday tezlatkichlarni siklotronlar deb atashgan. Unda og‘ir atomlar tezlatkich to‘rida nishon sifatida qo‘yilgan va ularni yengil atomlar bilan bombardimon qilingan. Yengil atomlar spiralsimon traektoriya bo‘ylab uchib borib, og‘ir atomlar bilan to‘qnashib, birlashib ketgan va shu tarzda, tarixda ilk sun’iy kimyoviy elementlar sintez qilingan. Dastlabki tezlatkichlar to‘g‘ri chiziqli shaklda bo‘lgan. Ulardan biri quyidagi rasmda tasvirlangan bo‘lib, u 1947-yilda qurilgan edi. Keyinchalik, bunday to‘g‘ri nishonli tezlatkichlar tibbiyot sohasiga ham tadbiq etildi. Radiatsion terapiya uskunalarining ishlash mohiyati aynan shu tezlatkichlar bilan bir xildir. Hozirda esa, zarrachalarni tezlatish va to‘qnashtirish uchun nisbatan murakkab tezlatkichlar qurilgan. Ulardan biri — aylana shaklidagi tezlatkich — Katta Adron Kollayderidir.