Elementar zarralar va fizik xarakteristikasi

II. BOB. ELEMENTAR ZARRALARNING ASOSIY XOSSALARI VA ULARNI KLASSIFIKATSIYALASH. KVARKLAR
2.1. Elementar zarralar ta’sirlashuvining turlari
Elementar zarralar ta’sirlashuvining turlari. Zamonaviy tasavurlarga ko’ra, tabiatda to’rt xil fundamental ta’sirlashuv mavjud. Bular kuchli, elektromagnit, kuchsiz va gravitatsion ta’sirlahuvlardir. Bu ta’sirlashuvlarning har birini amalgam oshiruvchi zarralar va har biriga mos keluvchi o’z maydonlari mavjud.
Kuchli yoki yadroviy ta’sirlashuv. Bu ta’srlashuv atom yadrosidagi nuklonlarning (proton va neytron) aloqasini ta’minlaydi va yadroni bir butun mahsulot sifatida saqlab turadi. Aynan uning sharofati bilan moddalarning barqarorligi ta’minlanadi. Kuchli ta’sirlashuv atom yadrosining radiusiga teng ~10^-15 m masofada namoyon bo’la boshlaydi. U nuklonlar o’rtasida π- mezonlar almashuvi bilan amalgam oshiriladi.
Elektromagnit ta’sirlashuv. Bunday ta’sirlashuv barcha elektr razryadga ega zarralar orasida mavjud. U kuchli ta’sirdan 137 marta kuchsiz. Ta’sir radiusi cheklanmagan. Elektromagnit maydon energiyasini tashuvchi zarra foton vositasida amalgam oshiriladi. Atomning mavjudligini ta’minlaydi. Eng to’la o’rganilgan ta’sirlashuv hisoblanadi.
Kuchsiz ta’sirlashuv. Asosan elementar zarralarning parchalanishida namoyon bo’ladi. Β- yemirilish, μ- yemirilish kuchsiz ta’sirlashuvga yaxshi misol bo’ladi. U kuchli ta’sirdan 10¹⁴ marta kuchsiz bo’lib, oraliq bozonlari (z, w) vositasida amalgam oshiriladi.
Gravitasion ta’sirlashuv. Bu barcha elementar zarralarga xos bo’lgan xususiyat, ya’ni ular bir-birlarini tortishadi. U kuchli ta’sirdan 10³⁹ marta kuchsiz. Shuning ham mikrodunyo jarayonlaridagi ta’siri e’tiborga olinmaydi. Gravitatsion maydon orqali, graviton deb ataluvchi ekzotik zarralar vositasida amalga oshiriladi.
“Buyuk birlashuv” nazariyasi. Yuqorida ta’kidlanganidek, har bir ta’sirlashuvning o’z qonunlari mavjud. Ammo olimlarning fikricha, bu ta’sirlashuvlarning barchasi yagona qonunga bo’ysunishi va soda qilib tushuntirilishi zarur. Boshqacha aytganda, har to’rtala ta’sirlashuvning ham shunday birlashuvi ro’y berishi kerakki, bir yuqorida ko’rgan ta’sirlashuvlar, bu yangi ta’sirlashuvning ma’lum sharoitlarda namoyon bo’ladigan xususiy holiga aylanmog’i lozim. Demak, yangi topilgan nazariya mavjud nazariyalarning umumlashmasi bo’lishi nazarda tutilmoqda. Bundan tashqari, yangi nazariya mavjud nazariyalarning hozirgacha noma’lum bo’lib kelgan ba’zi qirralarini aniqlashga imkon beradi, deb umid qilinmoqda. Ammo bu yo’ldagi ko’plab urinishlar hanuzgacha kutilgan natijani bermadi. Hozirgacha elektromagnit va kuchsiz ta’sirlashuvlargina yagona elektr kuchsiz ta’sirlashuvlargina yagona elektr kuchsiz ta’sirlashuvga birlashtirishning iloji topiladi, xalos. Kun tartibida kuchli, elektromagnit va kuchsiz ta’sirlarni birlashtiruvchi “Buyuk birlashuv” nazariyasi turibdi. Har to’rtala ta’sirlashuvlarni ham o’z ichiga oluvchi “superbirlashuv” nazariyasi ham o’rganilmoqda.
Xuddi shuningdek, elementar zarralarni ham ma’lum qonuniyatlar asosida jadvalga joylashtirish, ya’ni klassifikatsiyalash fiziklarning azaliy orzusidir. Shu maqsadda ularni to’rt guruhga bo’lishga kelishilgan.
Zarralar fizikasi (shuningdek, nomi bilan tanilgan yuqori energiya fizikasi) ning filialidir fizika tashkil etuvchi zarralarning tabiatini o'rganadigan materiya va nurlanish. So'z bo'lsa-da zarracha juda kichik ob'ektlarning har xil turlariga murojaat qilishi mumkin (masalan.) protonlar, gaz zarralari yoki hatto uy changlari), zarralar fizikasi odatda aniqlanadigan eng kichik zarrachalarni va asosiy o'zaro ta'sirlar ularning xatti-harakatlarini tushuntirish uchun zarur. Hozirgi tushunchada, bular elementar zarralar ning hayajonlari kvant maydonlari ularning o'zaro ta'sirini ham boshqaradi. Hozirgi vaqtda ushbu asosiy zarralar va maydonlarni, ularning dinamikasi bilan bir qatorda tushuntiruvchi dominant nazariya Standart model. Shunday qilib, zamonaviy zarralar fizikasi odatda Standart Model va uning turli xil kengaytmalarini o'rganadi, masalan. eng yangi "ma'lum" zarrachaga Xiggs bozonyoki hatto ma'lum bo'lgan eng qadimgi kuch maydoniga, tortishish kuchi. Zamonaviy zarralar fizikasi tadqiqotlari yo'naltirilgan subatomik zarralarkabi atom tarkibiy qismlarini o'z ichiga oladi elektronlar, protonlarva neytronlar (protonlar va neytronlar deyiladi kompozit zarralar barionlar, qilingan kvarklar) tomonidan ishlab chiqarilgan radioaktiv va tarqalish kabi jarayonlar fotonlar, neytrinlarva muonlar, shuningdek, keng doiradagi ekzotik zarralar.Zarralarning dinamikasi ham boshqariladi kvant mexanikasi; ular namoyish qilmoqdalar to'lqin-zarracha ikkilik, ma'lum eksperimental sharoitlarda zarrachalarga o'xshash xatti-harakatlarni namoyish etish va to'lqin- boshqalardagi kabi xatti-harakatlar. Keyinchalik texnik jihatdan ular tomonidan tavsiflanadi kvant holati a vektorlari Hilbert maydoni, u ham davolanadi kvant maydon nazariyasi. Zarralar fiziklari konventsiyasidan so'ng, atama elementar zarralar hozirgi tushunchaga ko'ra bo'linmaydigan va boshqa zarrachalardan tashkil topmagan deb hisoblanadigan zarrachalarga nisbatan qo'llaniladi. Bugungi kunga qadar kuzatilgan barcha zarrachalar va ularning o'zaro ta'sirlarini deyarli butunlay kvant maydon nazariyasi ta'riflashi mumkin Standart model.^[4] Hozirgi vaqtda ishlab chiqilgan standart modelda 61 ta elementar zarralar mavjud.^[3]Ushbu elementar zarralar birlashib, 60-yillardan beri kashf etilgan yuzlab boshqa turdagi zarralarni hisoblab, kompozit zarralarni hosil qilishi mumkin.
Standart Model deyarli barchasi bilan rozi ekanligi aniqlandi eksperimental bugungi kungacha o'tkazilgan testlar. Biroq, aksariyat zarrachalar fiziklari bu tabiatning to'liq bo'lmagan tavsifi va kashfiyotni yanada fundamental nazariya kutmoqda deb hisoblashadi (Qarang Hamma narsa nazariyasi). So'nggi yillarda, ning o'lchovlari neytrin massa standart modeldagi birinchi eksperimental og'ishlarni ta'minladilar, chunki standart modelda neytrinolar massasizdir
Bizning ongimizga bogʻliq boʻlmagan holda mavjud boʻlib, unda aks etadigan butun ob’ektiv borliq materiyadeyiladi. Materiya ikki xil: modda va maydon koʻrinishida mavjud. Kimyo fani moddalarni oʻrganadi. Moddaning fazoda chegaralangan qismi fizik jism deyiladi. Boshqacha qilib aytganda barcha koʻzga koʻrinadigan, odamzod uchun zarur boʻlgan narsalar jism deyiladi.
Jism nimadan tashkil topgan boʻlsa, oʻsha narsa moddadeyiladi. Mavjud boʻlgan barcha jismlar moddalardan tashkil topgan. Masalan; don-fizik jism, don tarkibiga kraxmal, oqsil va oʻsimlik moylari kiradi, ana shu kraxmal, oqsil va oʻsimlk moylari moddalardir; mix-jism, u temirdan yasalgan, temir esa modda hisoblanadi. Temir moddasidan bir qancha jismlar masalan: bolgʻa, temir yoʻl relsi va h.z lar yasaladi.
Moddalar fazoda ma’lum shakl, massa va hajmga ega boʻlib, ayni sharoitda oʻzgarmas fizik va kimyoviy xossalariga ega.
Moddalarning bir-biridan farq qiladigan yoki bir-biriga oʻxshaydigan u yoki bu belgilariga xossalari deyiladi.

Moddaning kimyoviy xossalariga ularning boshqa moddalar bilan ta’sir etish-etmasligi, tashqi ta’sir natijasida oʻzining tarkibini va tuzilishini oʻzgartirish-oʻzgartirmasligi, oksidlovchi yoki qaytaruvchilik xossalari, metall yoki metallmasligi va h.z. lar kiradi.
Moddaning fizikaviy xossalari deganda ularning agregat holati (qattiq, suyuq, gaz, plazma), rangi, hidi, ta’mi (mazasi), zichligi, eruvchanligi, suyuqlanish va qaynash temperaturasi, issiqlik va elektr oʻtkazuvchanligi, sindirish koʻrsatkichi va shunga oʻxshashlar tushuniladi.
Odatdagi sharoitda turli xil moddalar oʻzlarining tarkibiga va tabiatiga bogʻliq holda turlicha agregat holatda boʻladi.
Masalan; odatdagi sharoitda shakar (C₁₂H₂₂O₁₁), osh tuzi (NaCl), alyuminiy (Al)-qattiq moddalar; suv (H₂O), benzol (C₆H₆), sulfat kislota (H₂SO₄)-suyuq moddalar; kislorod, karbonat angidrid (CO₂), metan (CH₄)-gaz moddalardir. Moddalarning ma’lum bir agregat holatda boʻlishi tashqi sharoitga (harorat va bosimga) bogʻliq boʻladi.
Sharoit (harorat va bosim) oʻzgarganida moddalar bir agregat holatdan boshqasiga oʻtadi. Masalan; suv 100⁰Cdan yuqori temperaturada bugʻ (gaz), 0⁰C dan 100⁰C gacha suyuq, 0⁰C dan past temperaturada esa qattiq (muz) holatda boʻladi. Osh tuzi 801⁰C gacha qattiq, 801⁰C dan yuqorida suyuq holatda boʻladi. Gaz moddalarni yuqori bosim ostida siqib, suyuq holatga oʻtkazish mumkin. Jarayon yana davom ettirilsa, gazlar suyuq holatdan qattiq holatga oʻtadi.
Kimyo fani — moddalarni, ularning tuzilishini, tarkibini, xossalarini, ularda boʻladigan oʻzgarishlarni va bu oʻzgarishlarda kuzatiladigan jarayonlarni oʻrganadi.
Shuningdek, kimyo fani kimyoviy jarayonlarda kuzatiladigan turli xil fizik hodisalarning tabiatini, kimyoviy oʻzgarishlarni boshqarish qonuniyatlari bilan shugʻullanadi.
Kimyo fanining muhim vazifalari quyidagilardan iborat:
-moddalarni, ularning xossalarini oʻrganish va moddalardan xalq
xoʻjaligida qanday maqsadda foydalanish mumkinligini oldindan belgilash;
-xalq xoʻjaligida zarur boʻladigan turli xil mahsulotlarni olish: Masalan; turli plastmassalar, dori-darmonlar, mineral oʻgʻitlar va boshqalar;
-yangi energiya manbalarini yaratish;
-kimyoviy oʻzgarishlar energiyasidan foydalanish;
-chiqindisiz va ekologik toza texnologiyalar yaratish;
-atrof-muhit muhofazasi va boshqalar.
1.2. Atom - molekulyar ta’limot
Modda tuzilishi toʻgʻrisidagi dastlabki fikrlar qadimgi yunon falsafasida uchraydi. Eramizdan avvalgi V asrda Levkipp va Demokrit atom nazariyasini olgʻa surishgan.
Bu nazariyaga koʻra modda boʻlinmas zarrachalar «atom»lardan tuzilgan.
Taxminan oʻsha davrlarda Empedokl modda tuzilishi toʻgʻrisida boshqa nazariyani koʻtarib chiqqan va uni keyinroq Aristotel rivojlantirgan.
Ularning fikricha, modda mayda zarrachalardan-birlamchi materiyadan tuzilgan boʻlib, birlamchi materiya 4 element: olov, tuproq, havo va suvlarning oʻzaro ta’sir etishi natijasida moddalar ma’lum sifat kasb etadi, ular ana shu sifatlariga qarab bir-birlaridan farq qiladi.
Hozirgi zamon kimyo faniga zamin yaratib bergan oʻrta asr alkimyosi shu fikrga asoslanadi. Alkimyogarlarning maqsadi - arzon materiallardan qimmatbaho (nodir) metallar hosil qilish boʻlgan.
Alkimyogarlarning qarashlari inqirozga uchragach, XVIII-XIX asrlarda yashagan M. V. Lomonosov va J. Daltonlarning xizmati tufayli avvalgi yoddan chiqib ketgan atom nazariyasi yana birinchi oʻringa chiqib oldi. 1741 yilda rus olimi M.V. Lomonosov(1711-1765) atom-molekulyar ta’limotni yaratdi.
Bu ta’limotning asosiy mohiyati quyidagilardan iborat:
-moddalar molekulalardan, molekulalar esa atomlardan tarkib topgan;
-molekulalar orasida ma’lum masofa (oraliq) bor;
-molekula va atomlar toʻxtovsiz harakatda boʻladi;
-molekula va atomlar muayyan massa va oʻlchamga ega;
-oddiy moddalarning molekulalari bir xil element atomlaridan, murakkab moddalar esa har xil element atomlaridan tarkib topgan.
M.V.Lomonosovdan 67 yil keyin (1808 yilda)ingliz olimi J.Dalton (1766-1844) kimyoga atomistik ta’limotni tatbiq etdi. Bu ta’limot Lomonosov ta’limotini yanada toʻldiradi. Shu bilan birga Daltonning ta’limoti qator kamchiliklarga ega. Masalan;
1) oddiy moddalarning molekulalari borligini inkor etadi;
2) atomni harakatsiz deb tasavvur qiladi.
Uning yutugʻi esa fanga „atom massa” tushunchasini kiritishidir.Dalton birinchi boʻlib oʻsha vaqtda ma’lum boʻlgan elementlarning atom massalarini aniqlashga harakat qildi.
Atom-molekulyar ta’limot - bu moddaning atom, molekula va ionlar kabi eng kichik strukturaviy (tuzilish) birliklardan iboratligi haqidagi ta’limotdir. Barcha moddalar (oddiy va murakkab moddalar) turli xil zarrachalardan tarkib topgan. Bu zarrachalar atom, molekula va ionlardir.
Kimyoda atom-molekulyar ta’limotfaqat XIX asrningoʻrtalaridaginauzil-kesilqarortopdi.
1860 yilda Karlsrueda boʻlib oʻtgan kimyogarlarning xalqaro se’zdida atom va molekulalarning ta’rifi qabul qilindi.
Molekula-buberilganmoddaningkimyoviyxossalarigaegaboʻlganengkichikzarrachasidir. Molekulaningkimyoviyxossalariuningtarkibivakimyoviytuzilishibilananiqlanadi.
Atom-bukimyoviyelementningoddiyvamurakkabmoddalartarkibigakiradiganengkichikzarrachasidir.
Elementningkimyoviyxossalariuningatominingtuzilishibilananiqlanadi.Bundanatomninghozirgitasavvurlarga toʻgʻrikeladiganta’rifikelibchiqadi.
• Atom - musbat zaryadlangan yadro va uning atrofida orbitallar boʻylab harakatlanadigan manfiy zaryadli elektronlardan tuzilgan, kimyoviy jihatdan boʻlinmaydigan eng kichik elektroneytral zarrachadir.
• Atom yadrosining musbat zaryadi D.I. Mendeleyev elementlar davriy sistemasidagi elementning tartib raqamiga son jihatidan teng. Masalan; litiyning tartib raqami 3 ga teng, shuning uchun uning yadro zaryadi ham +3; azotning tartib raqami 7; uning yadro zaryadi esa +7 ga teng boʻladi va h.z.Atomning zaryadi nechaga teng boʻlsa, unda shuncha sonidagi protonlar boʻladi.
•Atomningmusbatzaryadiya’niundagiprotonlarsoniyadroatrofidagielektronlarsonigatengboʻladi.
Masalan; kislorodatominingtartibraqami 8,demakuningzaryadi+8 gatengvayadroatrofida 8 ta elektronharakatlanadi:



Kislorod atomining elementar tuzilishi
Proton, neytron va elektronlar elementar zarrachalardeyiladi. Ularning muhim fizik xarakteristikalari quyidagi jadvalda keltirilgan.