Kirish Biz fidoyi vatanparvarlarni tarbiyalashimiz, Elim deb, yurtim deb yashovchi shu yo`lda hatto jonini ham ayamaydigan, o`zidan so`ng ozod va obod vatan qoldiradigan

Ishning hajmi va tuzilishi: BMI kirish, 2 bob, xotima va adabiyotlardan tashkil topgan.


I. Elementar zarralar olami.

1. 
   Zarralar harakatining kvant tabiati.
   

Mikrodunyo fizikasidagi ilmiy revolyusiyaning birinchi bosqichi, shartli ravishda, 1927 yillarda kvant mexanikasining yaratilishi bilan tugallansa, keyingi bosqichi elementar zarralar fizikasi bilan bog`liq.

Elementar zarralar tabiatini, o`zoro tasirlashuv qonuniyatlarini tushinish materiya tuzilishi haqidagi bilimimizning ortishida hal qiliuvchi omildir. Elementar zarralar fizikasining nazariyasi haddan tashqari murakkabki, hatto ba`zan mavjud matematik apparatlar ham uni tushintirish (tavsiflash) uchun ojizlik qiladi. Elementar zarralar sohasida oxirgi yillarda yuz berayotgan voqealar, qator ekspremental kashfiyotlar, chuqur nazariy umumlashtirishlar materiya tuzilishi haqidagi tushinchamizda eng (hozircha) fundamental asosdagi yangi bosqichni yaratdi. Yaqin vaqtlargacha elementar zarralar, o`z nomiga monand ravishda, koinotni tashkil etgan materiyaning bo`linmas boshlang`ich elementlari, ya`ni dunyo tuzulishining eng kichik elementar (boshlang`ich) “g`ishtchalari” deb hisoblanib kelgan edi va bu zarralarni yana boshqa nimadandir tarkibiy tuzulishi haqidagi savol ma`nosiz deb qaralar edi.

Ammo mikrodunyo tuzilishining elementar zarralari ustidagi hozirgi zamon tadqiqotlari ularning yuqoridagi ma`noda elementar emasligini ko`rsatdi.

1930-1935yillarda atom nazariyasi asosan tugallangan edi. Oddiy holatdagi moddaning deyarli hamma xossalari musbat zaryadli yadro atrofida harakat qiluvchi manfiy zaryadli elektronlar haqidagi tushinchaga asoslanib matematik yo`l bilan keltirib chiqarilishi mumkin edi. Bu davrga kelib elementar zarralardan J.J.Tomson tomonidan katod nurlarini o`rgaanish jarayonida elekron kashf qilindi. Rentgenning X-nurlari (1895 yilda kashf qilingan ) tabiat bilan bog`liqligi va Eynshteynning ta`rificha, elektromagnit maydon kvanti- foton, vodorod atomi yadrosi –proton malum edi. Bulardan tashqari yigirmanchi yillarning oxirida ingliz fizigi P.Dirak elektron harakati tenglamasining simmetriyasiga asoslanib, massasi elektronning massasigga teng, lekin musbat zaryadli zarra- pozitronning tabiatda mavjudligini nazariy yo`l bilan isbotladi. Bu zarra bo`shliqda har qancha uzoq yashay olsa ham, tabiiy sharoitda biror elektron bilan uchrashguncha sekundning o`n miliarddan bir qismicha yashay oladi, xolos. Pozitronning elekron bilan uchrashuvi natijasida ular o`zaro yoq bo`lib , elektromagnit nurlanish – fotonga aylanadilar. Pozitron yashash vaqtining qisqa bo`lishiga qaramasdan 1932 yilda Amerikalik fizik Kk. Anderson tomonidan kosmik nurlarni tadqiq qilishda qayd qilinib, tabiatda mavjudligi tasdiqlandi.

1932-yilda ingliz fizigi J.Chadvikning olib borgan tajribasi natijasida massasi proton massasiga teng bo`lgan og`ir neytral zarra neytronni kashf qildi. Yadroda protonlardan tashqari neytronlar ham mavjudligini aniqladi .

1935-yilda yapon fizigi Yukava neytron va protonlarni yadroda bog`lab turadigan kuch yadrodagi zarralarning bir-biri bilan o`zaro uchinchi zarra- pionlar, ya`ni pi-mezonlarni almashib turishlari naatijasida mavjud bo`ladi, degan nazariyani o`rtaga tashladi. Boshqacha qilib aytganda, yadro zarralari o`zoro pi-mezonlar vositasida ta`sirlashadi. Oradan 11yil o`tgandan keyin musbat, manfiy zaryadli va neytral pi-mezonlarning mavjudligi tajribada tasdiqlandi. Bu davr har bir yangi fiziklar tomonidan kata tantanali hodisa sifatida qabul qilinardi. Lekin o`tgan davr ichida elementar zarralarning soni 30 dan, rezonanslar deb nom olgan bir guruppa zarralarni hisobga olsak, zarralarning umumiy soni bir necha yuzdan oshib ketadi.

Elementar zarralarning tinch holatdagi massasi ular uchun etalon bo`lib xizmat qiladi. Bir turdagi zarralar bir –biriga shunchalik o`xshashki, ularni bir-biridan ajratib bo`lmaydi. Bu hol ayniqsa ularning massasi o`zaro aniq tengligida ko`rinadi. Zarralarning massasi odatda ular harakatdaligida o`lchanadi: harakat natijasida nishon jism tuzilishini buzishiga qarab uning energiyasi, magnit maydonda harakat trayektoriyasining egriligiga qarab uning impulsi aniqlanadi. Xuddi makrodunyodagidek, mikrodunyoda ham mexanik harakat uchun zarraning massasi, to`la energiyasi va impulsi orasida bog`lanish mavjud. Elementar zarralarning massasi aniq miqdorga teng. Shuning uchun zarraning energiyasini va impulsini aniq o`lchash bilan uning massasini to`g`ri topamiz, so`ngra zarrani o`zini aniqlaymiz.

Eynshteynning nisbiylik nazariyasiga ko`ra, tezlik ortishi bilan jismning massasi ortadi, ya`ni qo`shimcha harakat massasiga ega bo`ladi:

m=  (1.1.1)

bunda c-yorug`lik tezligi, m-v-tezlik harakatlanayotgan jismning massasi,  - shu jismning tinchlikdagi masasi, jismning massasi. Jismning massasi uning tezligini o`zgartirishga bo`lgan qarshiligining miqdoriy ifodasidir. Shuning uchun ham jism tezligini yorug`lik tezligiga yaqin yoki teng qiymatga yetkazishga jism massasining cheksiz qiymatga intilishi yo`l qo`ymaydi.

Nisbiylik nazariyasida jismning to`la energiyasi ( ) va impulsi (p) uning tezligi orqali quyidagicha ifodalangan:

 v (1.1.2)

  (1.1.3)

Jismning tezligi yorug`lik tezligiga yaqin kata qiymatga o`zgarishida uning energiyasi va impulsi (1.1.2) va(1.1.3) ga binoan cheksizlikka intiladi.Bu cheksiz energiya manbai bo’lmasligi sababli jismning tezligi yorug’lik tezligiga teng bo’lolmaydi, har doin undan kichik bo’ladi.Jismning to’la energiyasi va impulisi (1.1.2) va(1.1.3) formylalarga asosan o’zaro quyidagicha bog’lanadi.

 =  (1.1.4)

Bunda   jismning tinch holatdagi massasiga to`g`ri keladigan energiyasi :

  (1.1.5)

bundan buyon (1.1.5) formulaga binoan elementar zarraning tinch holatdagi massasi   ni energiya o`lchovida beramiz, chunki elementar zarralar fizikasida massani energiya birligida ifodalash qulay.

Zaarraning masasi,energiyasi, impulsi o`zgaruvchan kattalikdir. Tabiiyki, quyidagi o`rinli savol tug`uladi: zarra uchun qanday o`zgarmas zarakteristika uning belgisi sifatida qo`llanilishi mumkin. Buning uchun yuqoridagi (1.1.4) formulada c ni birga teng deb, uni quyidagicha yozamiz:

  (1.1.6)

Boshqacha aytganda, zarra qanchalik tezlanmasin, uning impulsi va energiyasi shunday o`zaro muofiq ravishda o`zgaradiki, ularning farqi (1.1.6)ga muofiq son jihatdan zarrachaning tinch holatdagi massasini xarakterlaydi. Shunday qilib, zarrachaning energiyasi va impulsini bilgan holda (1.1.6) dan uning massasini aniqlashda foydalanish mumkin.

Nomalum zarralar ustidagi tajribalar paytida xuddi shu yo`l bilan zarraning massasini aniqlaymiz, sho`ngra jadvalda keltiriladigan malumotlardan foydalanib, qanday zarra bilan ish ko`rganimizni aniqlaymiz.

Katta tezlik bilan harakatlanadigan zarralar relyativstik kinematika qonunlariga bo`ysunadi. Relyativistik kinematikaga asosan bir sanoq sistemasidan ikkinchisiga o`tish uchun Lorens almashtirishlardan foydalanishimiz kerak. Agar biz zarra ustida olib borilayotgan tajribani biror tezlik bilan harakatlanayotgan bosh sanoq sistemasiga ko`chirsak va shu sanoq sistemada uning energiyasi va impuls kvadratlarining ayirmasini hisoblasak, biz yana shu ayirmaning zarraning tinch holat massasiga teng ekanligini ko`ramiz.

Shunday qilib, zarraning energiyasi va impulsi kvadratlarining ayirmasi zarraning tezlanish bilan harakatlanishidagina invariant bo`lib qolmasdan, hatto kuzatuvchining harakat holati o`zgarishida, ya`ni energiyasi va impulsini o`lchovchi asboblarning harakati o`zgarishida ham invariantdir. Boshqacha aytganda, har xil tezliklar bilan harakatlanayotgan har xil kuzatuvchilar berilgan zarraning energiyasini va impulsini o`lchab har xil natijalarga ega bo`ladi.

1.1.1-jadval. Elementar zarrachalarning klassifikatsiyasi.

Lekin, har biridan ushbu zarra energiyasi va impulsi kvadratlarining ayirmasini hisoblash talab qilinsa, hammasiga bir xil natija hosil bo`ladi.

Bundan buyon, elementlar zarraning massasi deganda uning tinch holatdagi massasini tushinamiz va uni yuqorida qayd etilgan maxsus energiya birliklarida (Ev) o`lchaymiz.

Har qanday mikroobyektda to`lqin va zarra xussusiyatlari mujassamlangan. Har qanday zarraga De Broyl to`lqini deb ataluvchi to`lqin mos keladi. To`lqinni xarakterlovchi asosiy fizik kattaliklar chastota vva to`lqin uzinligi  dir. zarralarni xarakterlovchi asosiy fizik kattaliklar esa biz yuqorida ko`rganimizdek energiya va impulsdir. Zarra – korpuskula xususiyatining belgisi-(p) impulsiga (harakat miqdoriga) to`lqin xususiyatining belgisi bo`lgan ma`lum to`lqin uzunligi   mos qo`yiladi. Shuningdek zarra energiyasi chastota orqali ifodalanadi. Kvant nazariyasiga asosan bu kattaliklar o`rtasida quyidagicha bog`lanish mavjud.

,  (1.1.7)

Zarraning korpuskula sifatida namoyon bo`lishi to`lqin uzunligi bilan cheklanadi. Tabiatni o`rganishda bunday holni (dualizmni) kishilik ongi birinchi bor uchratmoqda. dualizmga binoan “p impulsli zarra X nuqtaga joylashgan” degan gap ma`nosiz . kvant nazariyasiga asosan “p impulsli zarra ehtimollik bilan X nuqtada qayd qilinishi mumkin” deyishimiz kerak.

Bir vaqtning o`zida, masalan, elektronni ham zarra, ham to`lqin sifatida qanday tasavvur qilinadi deb kitobxon etiroz bildirishi mumkin. Axir bu ikki tushincha zid tushinchaku. To`g`ri, lekin zarrani ham to`lqin , ham zarra deb hisoblab, biz shu bir vaqtda uni na to`lqin, na zarra ekanligini tan olamiz. Shunday bo`lishigaa qaramasdan elektronni ham to`lqin , ham der ekanmiz, biz taqribiy ma`noda aytishni ko`zda tutamiz. Zarra imppulsini malum to`lqin uzinlik bilan bo`g`lar ekanmiz, biz zarra obrazidan sinusoida sifatida cheksiz yoyilgan to`lqin obraziga o`tamiz. “berilgan nuqtada to`lqin uzinlik” degan iboraning ma`nosizligi kabi “ berilgan nuqtada impuls” tushinchasi ham ma`nosizdir. Xuddi shuningdek berilgan mament uchun zarra energiyasi tushinchasi ham ma`nosizdir , chunki energiya chastota bilan bog`liq, chastota esa vaqt bo`yicha cheksiz, garmonik tebranma harakatni xarakterlaydi. Shuning uchun, elektronni taqriban zaryad deb qarash uning kordinatasi, impulse va energiyasini taqriban berilishini anglatadi.miqdor jihatdan ushbu aytilganlar Geyzenbergning noaniqliklar munosabatlari orqali ifodalanadi . kvant mexanikasida kichik masofalar kordinatalar munosabati bilan bog`langan:

Zarra vaziyatini o`lchashdagi   noaniqlik uning impulsini o`lchashdagi   noaniqlik bilan quyidagicha bog`lanadi.

  (1.1.8)

Agar bir vaqtning o`zida zarraning vaziyatini hamda impulsini bilmoqchi bo`lsak (1.1.8) munosabat orqali chegaralangan taqribiy qiymatlari bilan qanoatlanishimiz kerak. Noaniqlik prinsipining ta`siriga tushgan ikkinchi juft kattalik energiya va vaqtdir. Sistema energiyasini o`lchash ma`lum vaqtni talab qiladi. O`lchash vaqti qancha kichik bo`lsa sistema energiyasiga tajribaning ta`siri shuncha katta bo`ladi. Boshqacha aytganda sistema energiyasini o`lchash uchun ketgan vaqtni qancha aniq bilsak energiya qiymatini shuncha noaniq bilamiz. Bu holda ham ikki noaniqlikning ko`paytmasi hech vaqt h dan kichik bo`la olmaydi:

(1.1.9)

Kvant mexanikasining bu noaniqlik prinsipi erishishimiz mumkin bo`lgan maksimal aniqlikni ko`rsatadi. Mazkur noaniqliklar munosabatlaridan katta energiyalarning kichik masofalar bilan bog`lanishi ko`rinib turibdi: qancha kichik masofani o`rganmoqchi bo`lsak shuncha kata energiyali zarralar kerak bo`ladi. Mikroskopda yorug`lik to`lqin uzunligidan kichik bo`lmagan masofalardagi buyumlar tuzulishini kuzatish mumkin bo`lganidek tezlatilgan zarralar yordamida ularning De Broyell to`lqin uzunligiga teng va undan kata masofalardagi mikrodunyo tuzilishini tekshirishimiz mumkin. Zarraning tezligi qancha katta bo`lsa (1.1.7)ga binoan De broyell to`lqin uzunligi shuncha kichik bo`ladi. Elementar zarralar mikrodunyosini o`rganish murakkab masala. Buning uchun materiyaning  - m keladigan kichik masofalardagi xususiyatlarini o`rganishga to`g`ri keladi. Buyuk Italiya fizigi E.Fermi sharafiga “Fermi” deb atalgan va   ga teng bo`lgan uzunlik birligi elementar zarralar kabi obyektlarning ko`lamlarini o`lchash uchun xarakterli masshtabdir. Mikroobyektlarda faqat ularning xarakterli o`lchamlarigina emas balki kichik masofalarda bo`ladigan u yoki bu jarayonlarning o`tish vaqti ham ko`rsatkich bo`lib xizmat qiladi.. bu jarayonlarning eng kichik o`tish vaqti elementtar zarraning o`rtacha o`lchami bir fermining yorug`lik tezligi (3* m/s)ga teng nisbat bilan aniqlanadi va taqriban  ga teng. Hozir bu malum bo`lgan eng tez jarayonlarni xarakterlovchi vaqtdir. Jarayonlarning o`tish vaqti elementar zarralarning o`zoro tasirlashuvi kuchiningspisifikasiga bog`liq bo`ladi. Mikrodunyo zarralarining harakatini holatini tavsiflovchi va klassik mexanika harakat qonunlarini umumlashtiruvchi Kvant mexanikasi 20 yillarning o`rtasiga kelib yaratilgan bo`lsa, uning xulosalarini tushinish ko`p yillar davom etgan tortishuvlarga sabab bo`ldi. Kvant mexanikasini tavsiflovchi mikrodunyo jarayonlari sezgi organlarimizgagina emas, hatto tasavvurimizga ham sig`maydi. Mikrodunyo jarayonlarini makrodunyo obrazlari orqali tasavvur etish to`lqin zarra kabi ma`nosizlikka olib kelishi mumkin. Demak, biz mikrodunyo jarayonlarini tasavvur etishdan mahrummiz, chunki A. Frans aytganidek, bizning tasavvurimiz “yangi obrazlarni yaratmasdan, faqat bizga ma`lum obrazlar kombinatsiyasini tuza oladi”.

Kvant mexanikasining eng hayratlantiruvchi xususiyati uning o`zgacha ehtimoliy xarakteridir. Hatto yagona zarraning ham harakati unga qo`yilgan mikrosko`pik shart – sharoitlar orqali aniq aniqlanmaydi. Mikrodunyodagi har qanday jarayon ehtimoliy xarkterga ega. Masalan, atom reaktorlarida uran yadrosining yemirilishi natijasida paydo bo`ladigan neytronlar uchun o`rtacha yashash vaqti 960s. Bu albatta, hamma neytronlar 960s yashab, baravariga parchalanadi degan ma`noni anglatmaydi, vaholanki, bazi neytronlar “tug`iliboq o`lishi”, bazilari esa hatto 180s gacha yashashi mumkinligini ham ko`rsatadi.

Umuman, fizika tarixida ehtimoliy statistik yangi emas, balki ilgaridan malum. Masalan P. Klauzius, J. Maksvellva L. Bolsman tomonidan yaratilgan gazlar kinetik nazariyasining statistik qonuniyatlari XIX asrning ikkinchi yarmida ochilgan. Klassik statistik qonuniyatlar ko`p sondagi zarralar sistemasiga taluqli edi. Kvant mexanikasida esa ehtimoliy qonuniyatlarga yakka zarra harakati ham bo`ysunar ekan. kvant statistik qonuniyatlar sistemasining qanchalik murakkabligi va kata sondagi zarralardan iboratligi bilan mutloqo bog`liq emas qisqacha aytganda, qonunlarni (jarayonlarning) ehtimoliy xarakteri hozirga zamonda mikrodunyoning fundamental asosiy xususiyati hisoblanadi.