Fundamental o‘zaro ta’sirlar, shuningdek, fundamental kuchlar deb ham ataladi. Bular elementar zarrachalar va ulardan tashkil topgan jismlar o‘rtasidagi sifat jihatidan farqlanuvchi o‘zaro ta’sir turlaridir.
Hozirgi kunda to‘rtta fundamental o‘zaro ta’sir mavjudligi ishonchli aniqlangan (Xiggs maydoni hisobga olinmaganda):
Bunda elektromagnit va kuchsiz o‘zaro ta’sirlar yagona elektrokuchsiz o‘zaro ta’sirning turli ko‘rinishlaridir.
Mikrodunyodagi hodisalarda ham, kosmik miqyosda ham fundamental o‘zaro ta’sirlarning boshqa turlarini izlash davom etmoqda. Biroq hozircha fundamental o‘zaro ta’sirning boshqa turi aniqlanmagan (qarang: Beshinchi kuch).
Buyuk birlashuv nazariyalarida elektroyadroviy o‘zaro ta’sir mavjudligi taxmin qilinadi. Ehtimol, CP-invariantlikning buzilishiga o‘ta kuchsiz o‘zaro ta’sir sabab bo‘ladi.
Umumlashtiruvchi jadval
| O‘zaro ta’sir | Hozirgi nazariy tavsifi | Zaryad | Tashuvchi zarracha | Nisbiy kuchi | Masofaga bog‘liqligi | Ta’sir doirasi (m) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Gravitatsiya | Umumiy nisbiylik nazariyasi (UNN) | Massa | Graviton (faraziy) | 1 | ∞ | |
| Kuchsiz | Elektrokuchsiz o‘zaro ta’sir nazariyasi (EKNT) | Kuchsiz izospin | W+-, W−- va Z0-bozonlar | 1025 | 10−18 | |
| Elektromagnit | Kvant elektrodinamikasi (KED) | Elektr zaryadi | Foton | 1036 | ∞ | |
| Kuchli | Kvant xromodinamikasi (KXD) | Rang zaryadi | Glyuonlar | 1038 | 10−15 |
Tarix
Nyuton o‘zining ikkinchi qonunida (1687-yil) jismlar harakatining o‘zgarishiga kuch sabab bo‘lishini ta’kidlagan. Fiziklarga turli xil kuchlar ma’lum edi: og‘irlik kuchi, taranglik kuchi (ipdagi), prujinaning siqilish kuchi, jismlarning to‘qnashuv kuchi, ishqalanish kuchi, havo qarshiligi kuchi, portlash kuchi va hokazolar.
XVIII—XIX asrlardagi tadqiqotlar moddaning atom tuzilishini kashf etilishiga olib keldi. Shu tariqa, turli kuchlarning xilma-xilligi atomlarning o‘zaro ta’siri natijasida yuzaga kelishi aniqlandi. Zero, Atomlararo o‘zaro ta’sirning asosiy turi — elektromagnit o‘zaro ta’sir ekan, bu kuchlarning ko‘pchiligi aslida elektromagnit o‘zaro ta’sirning turli ko‘rinishlaridir. Bunga istisnolardan biri — og‘irlik kuchi bo‘lib, unga gravitatsion o‘zaro ta’sir sabab bo‘ladi. Bu o‘zaro ta’sir massaga ega jismlar o‘rtasida yuz beradi.
Shunday qilib, XX asr boshlariga kelib, o‘sha paytgacha ma’lum bo‘lgan barcha kuchlar ikkita fundamental o‘zaro ta’sirga — elektromagnit va gravitatsion o‘zaro ta’sirlarga borib taqalishi aniqlandi.
1930-yillarda fiziklar atom yadrolari tarkibida nuklonlar (protonlar va neytronlar) borligini aniqladilar. Nuklonlarni yadroda nima ushlab turishini na elektromagnit, na gravitatsion o‘zaro ta’sir bilan tushuntirib bo‘lmasligi aniqlandi. Shu sababli yangi fundamental o‘zaro ta’sir — kuchli o‘zaro ta’sir mavjudligi taxmin qilindi. Biroq keyinchalik buning o‘zi ham mikrodunyodagi ayrim hodisalarni tushuntirish uchun yetarli emasligi aniqlandi. Xususan, erkin neytronni nima parchalanishga majbur qilishi noma’lum edi. Shunda kuchsiz o‘zaro ta’sir mavjudligi taxmin qilindi va bu mikrodunyoda shu paytgacha kuzatilgan barcha hodisalarni tavsiflash uchun yetarli bo‘ldi.
Xiggs bozoni kashf etilgach, Xiggs maydoni ba’zan beshinchi fundamental o‘zaro ta’sir deb ham atala boshlandi.
Fundamental o‘zaro ta’sirlarning yagona nazariyasini yaratish
O‘zaro ta’sirlarni izohlovchi dastlabki nazariya elektromagnetizm nazariyasi bo‘lib, uni Maksvell 1863-yilda yaratgan. Keyin 1915-yilda Eynshteyn umumiy nisbiylik nazariyasini ishlab chiqdi. Bu nazariya gravitatsion maydonni tavsiflaydi. Shundan so‘ng fundamental o‘zaro ta’sirlarning yagona nazariyasini yaratish g‘oyasi paydo bo‘ldi. O‘sha paytda faqat ikkita fundamental o‘zaro ta’sir ma’lum edi. Maksvell elektr va magnit hodisalarini yagona nazariya bilan tavsiflagani kabi, bunday nazariya ham gravitatsiya va elektromagnetizmni bitta umumiy o‘zaro ta’sirning xususiy ko‘rinishlari sifatida birlashtirishi mumkin edi.
XX asrning birinchi yarmida bir qator fiziklar bunday nazariyani yaratish uchun ko‘plab urinishlar qildilar, ammo to‘liq qoniqarli model taklif etilmadi. Buning sabablaridan biri umumiy nisbiylik nazariyasi va elektromagnetizm nazariyasining mohiyatan farq qilishidir. Gravitatsiya fazo-vaqtning egrilanishi orqali tavsiflanadi. Shu ma’noda gravitatsion maydonni shartli ravishda nomoddiy (tajribada diskretligi kuzatilmaydigan) deb hisoblash mumkin. Biroq u ham boshqa o‘zaro ta’sirlar kabi mumkin bo‘lgan eng katta tezlik — yorug‘lik tezligi bilan tarqaladi (qarang: gravitatsiyaning tarqalish tezligi). Elektromagnit maydon esa materiyaga xos barcha zarur belgilarga ega.
XX asrning ikkinchi yarmida yagona nazariya yaratish vazifasi unga kuchsiz va kuchli o‘zaro ta’sirlarni kiritish, shuningdek, nazariyani kvantlash zarurati tufayli murakkablashdi.
1967-yilda Salam va Vaynberg elektrokuchsiz o‘zaro ta’sir nazariyasini yaratdilar. U elektromagnetizm va kuchsiz o‘zaro ta’sirni birlashtirdi. Keyinchalik, 1973-yilda, kuchli o‘zaro ta’sir nazariyasi (kvant xromodinamikasi) taklif etildi. Shu nazariyalar asosida Standart model ishlab chiqildi. U elementar zarrachalarning elektromagnit, kuchsiz va kuchli o‘zaro ta’sirlarini tavsiflaydi.
Standart modelni tajribada tekshirish u bashorat qilgan zarrachalar va ularning xususiyatlarini aniqlashdan iborat. Hozirgi vaqtda Standart modeldagi barcha elementar zarrachalar kashf etilgan.
Shunday qilib, hozirgi vaqtda fundamental o‘zaro ta’sirlar umumiy qabul qilingan ikkita nazariya — umumiy nisbiylik nazariyasi va Standart model orqali tavsiflanadi. Ularni birlashtirishga hozircha erishilmadi, chunki gravitatsiyaning kvant nazariyasini yaratish murakkab masaladir. Fundamental o‘zaro ta’sirlarni yanada birlashtirish uchun turli yondashuvlar qo‘llanadi, jumladan torlar nazariyalari, halqali kvant gravitatsiyasi, shuningdek, M-nazariya.
Tabiatda fundamental fizik o‘zaro ta’sirlar soni nega aynan shuncha ekani haqidagi faraz nisbatan yaqinda Moskva davlat universitetida (MDU) ilgari surilgan. Bu farazga ko‘ra, fundamental o‘zaro ta’sirlar soni ko‘rib chiqilayotgan tebranish tenglamalaridagi so‘nish koeffitsiyentining turiga bog‘liq. Bunda ushbu koeffitsiyentning nokommutativ (noncommutative) tuzilishi Xiggs maydonini fundamental o‘zaro ta’sir sifatida ko‘rib chiqish foydasiga dalil bo‘ladi.
