Fizika ва kimyo” fakulteti “fizika” kafedrasi

2.2.Elementar zarralar fizikasi tarixi

V Solvay Kongressi 1927 yilgi fotosurat. Ushbu fotosuratda ushbu maqoladagi barcha olimlarni topishga harakat qiling.
1905 yildan boshlab Albert Eynshteyn o'zining nashrlarini tajribalarning natijalariga zid bo'lgan postulatlar nurning to'lqin nazariyasining nomukammalligiga bag'ishladi. Keyinchalik bu taniqli fizikni "yorug'lik kvanti" - yorug'likning bir qismi g'oyasiga olib keldi. Keyinchalik, 1926 yilda, u amerikalik fiziokimyogar - Gilbert N. Lyuis tomonidan yunoncha "fos" ("nur") dan tarjima qilingan "foton" deb nomlandi.
1913 yilda ingliz fizigi Ernest Rezerford o'sha paytda allaqachon o'tkazilgan tajribalar natijalariga asoslanib, ko'plab kimyoviy elementlarning yadrolari massalari vodorod yadrosi massasining ko'paytmasi ekanligini ta'kidladi. Shuning uchun u vodorod yadrosi boshqa elementlar yadrosining tarkibiy qismidir, deb taklif qildi. Rezerford o'z tajribasida alfa zarralari bilan azot atomini nurlantirdi, natijada Ernest tomonidan "proton" deb nomlangan ma'lum bir zarrachani boshqa yunoncha "protos" dan (birinchi, asosiy) chiqarib yubordi. Keyinchalik proton vodorodning yadrosi ekanligi tajribada tasdiqlandi.
Shubhasiz, proton kimyoviy elementlar yadrosining yagona tarkibiy qismi emas. Ushbu g'oyani yadrodagi ikkita proton qaytarib yuborishi va atom bir zumda parchalanishi bilan bog'liq. Shuning uchun Rezerford massasi protonga teng, ammo zaryadsiz bo'lgan boshqa zarrachaning borligi to'g'risida faraz ilgari surdi. Radioaktiv va engilroq elementlarning o'zaro ta'siri bo'yicha olimlarning ba'zi tajribalari ularni yana bir yangi nurlanishni kashf etishga olib keldi. 1932 yilda Jeyms Chadvik uning neytron deb atagan juda neytral zarralardan iborat ekanligini aniqladi.
Shunday qilib, eng mashhur zarralar kashf qilindi: foton, elektron, proton va neytron.
Keyinchalik, yangi yadroviy ob'ektlarni kashf qilish tobora tez-tez bo'lib turadigan hodisa bo'lib, hozirgi paytda 350 ga yaqin zarralar ma'lum bo'lib, ular odatda "elementar" hisoblanadi. Ularning hali bo'linmaganlari tuzilmas hisoblanadi va "fundamental" deb nomlanadi.
1928 yilda ingliz fizigi P. Dirak elektron uchun relyativistik kvant-mexanik tenglamani topishga muvaffaq bo'ldi, natijada bir qator ajoyib natijalar kelib chiqadi. Avvalo, bu tenglamadan tabiiy usulda, hech qanday qo'shimcha taxminlarsiz, elektronning ichki magnit momentining aylanishi va soni qiymati olinadi. Shunday qilib, spin bir vaqtning o'zida ham kvant, ham relyativistik miqdor ekanligi ma'lum bo'ldi. Ammo bu Dirak tenglamasining ahamiyatini tugatmaydi. Shuningdek, bu elektron antipartikulaning mavjudligini taxmin qilishga imkon berdi - pozitron... Dirak tenglamasidan erkin elektronning umumiy energiyasi uchun nafaqat ijobiy, balki manfiy qiymatlar ham olinadi. Tenglamani o'rganish shuni ko'rsatadiki, zarrachaning ma'lum bir impulsi uchun tenglamaning energiyalariga mos keladigan echimlari mavjud: .
Eng katta salbiy energiya o'rtasida (- m e dan 2) va eng kam ijobiy energiya (+ m e v 2) amalga oshirib bo'lmaydigan energiya qiymatlari oralig'i mavjud. Ushbu intervalning kengligi 2 ga teng m e dan 2018-04-02 121 2. Natijada, energiya qiymatlarining ikkita mintaqasi olinadi: biri boshlanadi + m e dan 2 va + ∞ gacha kengayadi, ikkinchisi - dan boshlanadi m e dan 2 va –∞ gacha kengayadi.
Salbiy energiyaga ega zarracha juda g'alati xususiyatlarga ega bo'lishi kerak. Kamroq va kamroq energiyaga ega bo'lgan holatlarga o'tish (ya'ni, salbiy energiya mutloq qiymatida ortib borishi bilan), energiyani, masalan, nurlanish shaklida chiqarishi mumkin va shu sababli | E| hech narsa bilan chegaralanmaydi, manfiy energiyaga ega zarracha cheksiz katta energiya chiqarishi mumkin. Shunga o'xshash xulosaga quyidagi yo'l bilan erishish mumkin: aloqadan E=m e dan 2 shundan kelib chiqadiki, salbiy energiyaga ega bo'lgan zarracha ham salbiy massaga ega bo'ladi. Sekinlashtiruvchi kuch ta'sirida manfiy massaga ega bo'lgan zarra sekinlashmasligi, aksincha tezlashishi kerak, sekinlashuvchi kuch manbai ustida cheksiz katta ish bajaradi. Ushbu qiyinchiliklarni inobatga olgan holda, salbiy energiyaga ega bo'lgan davlatni bema'ni natijalarga olib keladigan holat sifatida ko'rib chiqishdan chetlatish kerakligini tan olish kerak edi. Biroq, bu kvant mexanikasining ba'zi umumiy tamoyillariga zid bo'ladi. Shuning uchun Dirak boshqa yo'lni tanladi. U salbiy energiyaga ega bo'lgan barcha darajalarni allaqachon elektronlar egallab olganligi sababli, elektronlarning salbiy energiyali holatlarga o'tishlari odatda kuzatilmaydi, deb taklif qildi.
Dirakning fikriga ko'ra, vakuum deganda barcha salbiy energiya sathlari elektronlar bilan to'ldirilib, musbat energiyaga ega darajalar esa erkin bo'ladi. Taqiqlangan banddan past bo'lgan barcha darajalar istisnosiz egallab olinganligi sababli, bu darajadagi elektronlar o'zlarini hech qanday tarzda ochib bermaydilar. Agar salbiy darajadagi elektronlardan biriga energiya berilsa E≥ 2m e dan 2 bo'lsa, u holda bu elektron ijobiy energiyaga ega bo'ladi va odatdagidek o'zini tutadi, masalan, musbat massa va manfiy zaryadga ega zarracha. Nazariy jihatdan bashorat qilingan bu birinchi zarrachaga pozitron deb nom berilgan. Pozitron elektron bilan uchrashganda, ular yo'q bo'lib ketadi (yo'qoladi) - elektron ijobiy darajadan bo'sh bo'lgan salbiyga o'tadi. Ushbu darajalar orasidagi farqga mos keladigan energiya nurlanish shaklida chiqariladi. Shakl. 4 o'q 1 elektron-pozitron juftligini yaratish jarayonini, 2 o'q esa ularni yo'q qilishni aks ettiradi. "Yo'q qilish" atamasini so'zma-so'z qabul qilmaslik kerak. Aslida, yo'qolib qolish emas, balki ba'zi zarralarning (elektron va pozitron) boshqalarga (b-fotonlar) aylanishi mavjud.
Ularning zarrachalari bilan bir xil bo'lgan zarralar mavjud (ya'ni ular tarkibida zarrachalar yo'q). Bunday zarralar mutlaq neytral deb nomlanadi. Bularga foton, π 0 mezon va η mezon kiradi. Antipartikullari bilan bir xil bo'lgan zarralar yo'q bo'lishga qodir emas. Biroq, bu ularning boshqa zarrachalarga aylanishi mumkin emas degani emas.
Agar barionlarga (ya'ni nuklonlar va giperonlarga) barion zaryadi (yoki barion raqami) berilsa IN \u003d +1, antibaryonlar - barion zaryadi IN \u003d –1 va boshqa barcha zarralar barion zaryadga ega IN\u003d 0 bo'lsa, u holda barionlar va antibaryonlar ishtirokidagi barcha jarayonlar zaryad barionlarining saqlanishi bilan xarakterlanadi, xuddi shu jarayonlar elektr zaryadini saqlash bilan xarakterlanadi. Barion zaryadining saqlanish qonuni barionlarning eng yumshoqi - protonning barqarorligini aniqlaydi. Barcha zarralarning o'rnini zarrachalar (masalan, elektronlar - protonlar, protonlar - elektronlar va boshqalar) bilan almashtiradigan fizik tizimni tavsiflovchi barcha kattaliklarning o'zgarishiga konjugatsiya zaryadi deyiladi.