Mavzu: Elementar zarralarning manbalari: Kosmik nurlar. Mundarija: kirish I bob. Elementar zarralarning manbalari

I BOB. ELEMENTAR ZARRALARNING MANBALARI

1.1 Elementar zarralarni xarakterlovchi kattaliklar .

Elementar zarralar. O’z ma’nosiga ko’ra, “elementar” so’zi “eng soda” ma’nosini anglatadi. Garchi bugungi kungacha ma’lum zarralarni elementar deb atash uncha to’g’ri bo’lmasa-da, dastlabki paytlarda kiritilgan bu iboradan hamon foydalaniladi. Umuman olganda, zarralar endigina kashf qilina boshlaganda materiyaning eng kichik bo’lakchasi sifatida qabul qilingan va chindan ham elementar deb hisoblangan. Lekin ularning ba’zilarining (jumladan, nuklonlarning) murakkab tuzilishiga ega ekanligi keyinroq ma’lum bo’lib qolgan. Hozirgi paytda 200 dan ortiq elementar zarralar mavjud. Ularning ko’pchiligi nostabil bo’lib, asta-sekin yengil zarralarga aylanadi. Electron. Birinchi kashf qilingan elementar zarra electron hisoblanadi. Katod nurlarining xossalarini o’rganayotgan J.Tomson, bu manfiy zaryadlangan zarra elektronlar oqimidan iborat ekanligini aniqladi. Bu voqea 1897-yil 29-aprelda ro’y bergan edi va shu sana birinchi elementar zarra kashf qilingan kun hisoblanadi. Foton. 1900-yilda M.Plank yorug’lik foton deb ataluvchi zarralar oqimidan iboratekanligini ko’rsatdi.Foton elektr zaryadiga ega emas, tinchlikdagi massasi nolga teng, ya’ni foton yorug’lik tezligiga teng tezlik bilan harakat holatigina mavjud bo’lishi mumkin Proton. 1919-yilda E.Rezerford tajribalarida, azotning α-zarralar bilan bombardimon qilinishi natijasida, vodorod atomining yadrosi proton kashf qilingan. U zaryadining miqdori elektronning zaryadiga teng bo’lgan, musbat zaryadlangan zarradir. Massasi elekrtonning massasidan 1836 marta katta. Priztron. 1928-yilda P.Dirak mvjudligini bashorat qilgan va K.Anderson tomonidan kosmik nurlar tarkibida kashf qilingan. Uning tinchlikdagi massasi elektronning tinchlikdagi massasi bilan teng bo’lsa-da, zaryadi protonning zaryadiga teng. Prozitron elektronga qarama-qarshi, ya’ni antizarra. Neytron. 1932-yilda D.J.Chedvik tomonidan kashf qilingan. Uning massasi protonning massasiga yaqin, elektr zaryadi esa nolga teng. Neytrino. 1931-1935-yilda β- nurlanish qonunlarini tushuntirib bergan V.Pauli tinchlikdagi massasi nolga teng bo’lgan yana bitta zarra – neytrino mavjudligini bashorat qildi. Bu zarra tajribada 1956-yilda K.Kouen tomonidan yadro reaktorida kashf qilingan.

Myuonlar. 1938-yilda K.Anderson va S.Nidermeyer kosmik nurlar tarkibida massasi taxminan 207 mega teng bo’lgan, yashahs davri 2,2·10-6 s ni tashkil qilgan zarralarni kashf qildilar. Bu zarralar μ- mezonlar yoki myuonlar (μ+, μ-)deb nomlanadi. π- mezonlar. 1947-yilda S.Pauell tinchlikdagi massasi 273mega teng bo’lgan zarralarni kashf qildi. Bu zarralar π- mezonlar yoki pionlar (π+, π-) deb nomlandi. Ularni erkin holatdsgi yashash davri 2,55 ·10-8s ga teng. 1950-yilda massasi 723me teng bo’lgan elertneytral π0- mezon kashf qilindi. K- mezonlar. 1950-yillardan boshlab kashf qilingan zarralarninng soni keskin ortib bordi. Bular qatoriga K- mezonlar ham kiradi. Ularning zaryadi musbat, manfiy, nol bo’lishi mumkin. Massalari esa 966-974m at6rofida. Giperonlar. Keyingi zarralar guruhi giperonlar deyiladi. Ularning massalari 2180me dan 3278 me gacha oraliqda bo’ladi.

Rezonanslar. keyingi payrlarda yashash davrlari juda kichik bo’lgan rezonanslar deb ataluvchi zarralar kashf qilindi. Ularni bevosita qayd qilishning iloji bo’lmay, vujudga kelganini parchalashida hosil bo’lgan mahsulotlaga qarab aniqlanadi. Umuman olinganda, dastlabki paytlarda bor-yo’g’i bir nechagina va materiyaning eng jajji gishtchalari deb hisoblangan elementar zarralar keyinchalik, shu qadar xilma-xil va shu qadar murakkab bo’lib chiqdi.

Elementar zarralarni turlicha xossa va belgilariga qarab har xil sistematika qilish mumkin. Shulardan biri elementar zarralarning yarim fenomenologik sistematikasidir. Ushbu sistematika quyidagicha amalga oshiriladi:

a) Zarralar xonligi mavjud.

b) Bu xonlik adronlar va adenonlar yarim xonliklaridan tashkil topadi. Ozaro kuchli tahsirlashuvda ishtirok etmaydigan zarralar guruhiga adenonlar deyiladi. Ozaro kuchli tahsirlashuvda ishtirok etadigan zarralar guruhiga adronlar deyiladi.

v) Adronlar turg’un adronlar va rezonanslarga bolinadi. Qisqa vaqt yashovchi adronlarga rezonanslar deyiladi.

g) Turgun adronlar mezonlar va barionlarga bolinadi. Rezonanslar esa mezon va barion rezonanslariga bolinadi. Butun spin kvant soniga ega bolgan turg’un adronlarga mezonlar deyiladi. Kasr spin kvant soniga ega bolgan turg’un adronlarga barionlar deyiladi.

d) Mezonlar pionlarga, kaonlarga, etonlarga va D mezonlarga bolinadi. Barionlar esa nuklon va turli xil giperonlarga bolinadi.

e) Mezon rezonanslari p-,ώ-,K ^{° _,} rezonanslarga, barion rezonanslari ∆-,Σ-,E-,rezonanslarga bolinadi.

j) Adenonlar ikkiga bo’linadi: 1) klassik maydon kvantlar, 2) leptonlar. O’zaro kuchi ta’sirida ishtirok qilmaydigan va butun spin kvant soniga ega bo’lgan zarralarga klassik maydon kvantlari deyiladi. O’zaro kuych ta’sirida ishtirok qilmaydigan va kasr spin kvant soniga ega bo’lgan zarralarga leptonlar deyiladi. Har bitta zarraga mos keluvchi antizarra mavjud.

Elementar zarralarni xarakterlovchi barcha kattaliklar ikki guruhga ajratiladi:

1. Geometrik kattalik (xarakteristika)lar. Fazo va vaqtning simmetriyaga ega ekanligi xossalaridan kelib chiquvchi kattaliklarga geometrik kattaliklar deyiladi.

. Geometrik kattaliklarga massa va spin kiradi. Tabiatda massalari absolyut bir xil bolgan ikki zarra yoq. Leptonlar (yengil), mezonlar (o’rtacha) va barionlar (og’ir)bir-biridan massasi bilan farq qiladi. Elementar zarraning spini uning xususiy impulhs momentini aniqlaydi. Spinlari 0 bilan 11/2 oralig’ida o’zgaruvchi elementar zarralar mavjud. Tinch turgan zarra uchun faqatgina spin vektori ajratilgan yo’nalish bera oladi. Bozonlarning spin kvant soni butun sonlardan, fermionlarning spin kvant soni butun bo’lmagan sonlardan iborat.

2. Ichki kattaliklar. Fundamental ta’sirlashuv simmetriyasini aks ettiruvchi kattaliklarga ichki kattaliklar deyiladi. Quyida ularga misol keltiramiz:

1. Elektr zaryadi q-elementar zaryad, ya’ni e birligida o’lchanadi. Barcha zarralar uchun u butun sonlarni qabul qiladi. Ko’pchilik zarralarning zaryadi 0 yoki 1 ga teng. Ba’zi ∆- rezonanslar uchun +2 ga, ularning antizarralari uchun esa -2 ga teng.

2. Elementar zarralarning magnit moment µ . Bu kattalik tinch turgan zarraning tashqi magnit µ_β=eħ/2mc-Bor magnetoni deb ataladi.

3. Lepton zaryadi L. Yadroviy ta’sirlashuvda ishtirok etmaydigan yadroviy zarralar guruhiga leptonlar deyiladi. Bu guruhga e^-, e⁺, µ^- , µ⁺, τ⁺, τ^- va neytronning 3 turi (antizarralari bilan birgalikda) kiradi. Shu guruhni xarakterlovchi kvant soniga lepton zaryadi deyiladi. Hozirgi vaqtda elektron lepton zaryadi L_e , myuon lepton zaryadi L_µ ,taon lepton zaryadi L _τmavjud bolib, lepton zaryadi ularning yih’indisiga teng bo’ladi:

L= L_e + L_µ + L_τ
4. Barion zaryadi V. Kuchli yoki yadroviy taэsirlashuvda ishtirok qiladigan elementar zarralarga adronlar deyiladi. Turghun (uzoq yashovchi) adronlar mezonlar (spini butun sondan iborat) va barionlar (nuklonlar va barcha giperonlar antizarralari bilan birgalikda, barionlarning spini +1 ga, antibarionlarning spini -1 ga, qolgan zarralarning spini 0 ga teng) guruhlariga bolinadi. 5.G’alatilik . “G’alati” zarralar guruhini xarakterlovchi kvant soni g’alatilik deyiladi. U oddiy zarralar uchun 0 ga, kvantlar uchun +1 ga, Σ-giperonlar uchun -1 ga, Ξ-giperon uchun -2 ga, Ώ giperon uchun -3 ga teng boladi.

6. Giperzaryad Y- bu kvant soni har bir guruh uchun har xil bolib, oddiy va g’alati zarralar uchun u Y=B+S bo’ladi.

7. Maftunkorlik C. Maftunkor zarralar guruhini xaratkerlovchi kvant soni. U faqat shu guruh uchun mavjud bolib, boshqa zarralar uchun 0 ga

teng boladi. Maftunkor zarralarni hisobga olgan holda giperzaryadni quyidagicha yozish mumkin: Y=B+S+C.

8. Gozallik - gozal zarralar guruhini xarakterlovchi kvant soni. U faqat gozal zarralar uchun mavjuddir. Boshqa zarralar uchun esa 0 ga teng. Gozal zarralarni hisobga olgan holda giperzaryadni quyidagicha yozish mum kin: Y=B+S+C+b.

Leptonlarni haqiqiy elementar zarralar deb hisoblash mumkin. Chunki ular ichki tuzilishga ega emas. Adronlarni esa shartli ravishda elementar zarralar deyish mumkin. Sababi, ular ichki tuzilishga ega, yahni adronlar kvarklardan tashkil topgan. Hozirgi zamon bilim darajasida leptonlar kabi ichki tuzilishga ega bolmagan haqiqiy elementar zarralarga kvarklar deyiladi.

Kvarklar 1964 yilda amerikalik fiziklar Gell-Mann va Tsveyglar tomonidan, adronlarning xossalarida mavjud bolgan simmetriyani tushuntirish maqsadida oylab topilgan nazariy zarralardir. Kvark deb nom berilishiga sabab shundan iboratki, ingliz yozuvchisi J. Joysning “Finnigam esdaliklari” nomli romanining qahramoni tushida shovullagan dengiz ustida uchib yurgan qush qattiq ovoz bilan “Mister Mark uchun kvark” degan sozlarni qayta-qayta takrorlaganini kordi. Bu so’z hech qayerda boshqa uchramadi. Shu tufayli Gell-Mann bu zarralarni kvark, Tsveyg esa tuz deb atadi.

Kvarklar tog’risidagi hozirgi zamon nazariy tasavvurlari tog’ri bolsa, ularni hech qachon adron ichidan urib chiqarib bolmaydi. Kvarklar adron ichida butun umrga qamoqda boladilar, bu asirlikni inglizcha “konfaynment” degan soz bilan ifoda qilinadi.

Kvarklarning oziga xos yana bir xususiyati shundan iboratki, ular kasr elektr va barion zaryadiga boladilar. Gell-Mann va Tsveyg taklif etgan kvark modelida 6 ta kvark mavjuddir. Bular u,d,s,c,b,t kvarklardir. u kvarkning elektr zaryadi zaryadi 2/3, d kvarkning elektr zaryadi esa – 1/3 va h.k. boladi. Nuklonlar uchta kvarkdan tashkil topadi: p=uud, n=ddu. Mezonlar esabitta kvark va bitta antikvarkdan tashkil topadi. Masalan, п⁺=ud,п^-=du. Kuchli ta’sirlashuvning hozirgi zamon nazariyasini kvant xromodinamikasi o’rganadi. Kvarklar orasidagi ta’sirlashuvni amalga oshiruvchi kvantlarga glyuonlar deyiladi. Glyuonlar inglizcha “glue” degan so’zdan olingan bolib “kvarklarni bir-biri bilan yelimlab turish” degan ma’noni anglatadi. Asosan 8 ta glyuonmavjud. Mezonlar kvark va antikvarkdan tashkil topganidek, glyuonlarni rang va antiranglardan tashkil topgan deb qarasa bo’ladi.

Kvarklar kasr spin kvant soniga ega bo’lganligi uchun ular fermion hisoblanadi va Pauli printsipiga bo’ysunadi. Ba’zi hollarda, masalan, Ώ=sss bo’lgani uchun uchala s kvarkning spinlari bir tomonga yo’nalgan boladi. Bu esa Pauli printsipiga ziddir. Mana shu qiyinchilikni bartaraf etish uchun kvarklarning ranggi deb ataluvchi kvark soni kiritiladi. Har bir kvark uch xil rangga ega, bular: qizil - R, yashil – G va havorang - B, antikvarklarga esa antiranglar mos keladi: antiqizil R, antiyashil G, antihavorang B. Ilmiy ommabop kitoblarda antiranglarni feruza -T , olovrang – M va sariq –Y ranglar deb yuritiladi.

2.