Mundarija kirish I bob. Elementar zarrachalarning klassifikatsiyasi

a)Energiyaning saqlanish qonuni;
b) massaning saqlanish qonuni;
c)impulsning saqlanish qonuni;
d) harakat miqdori momentining saqlanish qonuni;
e) noelektrik zaryadning saqlanish qonuni;
f) S va boshqa kvant sonlarining saqlanish qonuni.
Elementar zarralarning aylanish protsesslarida namoyon bo`ladigan o`zaro ta’sir kuchlarining kattaligiga qarab uch xil o`zaro ta’sir kuchlarining kattaligiga qarab uch xil o`zaro ta’sir ajratiladi:

1. 
   kuchli o`zaro ta’sir;
   
2. 
   elektromagnit o`zaro ta’sir;
   
3. 
   kuchsiz o`zaro ta’sir.
   

Kuchli o`zaro ta’sir og’ir zarralar – protonlar, neytronlar, - mezonlar, K –mezonlar, giperonlar orasida vujudga keladi. Demak, kuchli o`zaro ta’sirlarga yadro kuchlari sabab bo`ladi, kuchli o`zaro ta’sirlashuvchi zarralar oilasi adronlar deyiladi. Bu o`zaro ta’sirning intensivligi taqriban 15 ga teng bo`lgan o`lchamsiz konstanta orqali xarakterlanadi. G kattalik yadro zaryadi xarakteriga ega. Kuchli o`zaro ta’sirlar mezonlar vositasida uzatiladi. Ular bilan xarakterlanadigan protsesslarning davomiyligi juda qisqa .
Elektromagnit o`zaro ta’sirlar elektr zaryadlar tufayli vujudga keladi va fotonlar vositasida uzatiladi. Bu o`zaro ta’sirlarning intensivligi o`lchamsiz kattalik bilan aniqlanadi. Ushbu o`zaro ta’sirlar orqali xarakterlanadigan protsesslarning davomiyligi esa tartibida. Kuchsiz o`zaro ta’sirlar yemirilish, yemirilish va shunga o`xshash aylanishlarni xarakterlaydi. Kuchsiz o`zaro ta’sirlar konstantasi qiymatga ega, kuchsiz o`zaro ta’sirlar bilan xarakterlanadigan protsesslarning davomiyligi esa dan ortiq.
Elektronlar moddaning atom tuzilishini o`rganishda topilgan eng birinchi elementar zarralardandir. Elektronlarning zaryadi (elementar zaryadi) SGSE, tinchlikdagi massasi (biz uning nol indeksini tushirib qoldiramiz) , harakat miqdori moment (spini) , magnit moment deyarli bir Bor magnetoni ga teng.
Elektronning magnit momentini Bor magnetoni orqali ifodalab, quyidagicha yozish mumkin:
. (1.1.5)
«Minus» ishorasi mexanikaviy va magnit momentlarning qarama – qarshi yo`nalganligini anglatadi. Elektronlar simvol orqali belgilanadi.
Elektron o`z – o`zidan boshqa xil zarralarga aylanmaydigan barqaror zarradir. Manfiy elektronlar bilan bir qatorda musbat – pozitronlar ham mavjudki, ular elektronlarga nisbatan antizarra hisoblanadi. Pozitronning massasi va zaryadi absolyut qiymati jihatdan elektronning massasi va zaryadi teng. Pozitronning spini , magnit momenti esa deyarli Bor magnetoniga teng. Pozitron vakuumda turg’un, biroq moddada uzoq vaqt mavjud bo`la olmaydi, chunki u elektron bilan to`qnashganda elektron va pozitron anniglyatsiyasi hodisasi ro`y beradi. Annigilyatsiya shundan iboratki, elektron va pozitron qo`shilganda ular yo`qoladi, ular o`rniga esa ikki yoki undan ko`p foton paydo bo`ladi, bu fotonlar o`z navbatida annigilyatsiyalangan elektron va pozitronning massasi va energiyasini olib ketadi. Bu protsess, ya’ni bir tur zarralarning boshqa tur zarralarga aylanishi quyidagi sxema bo`yicha tasvirlanishi mumkin:
(1.1.6)
Annigilyatsiyadan so`ng elektron va pozitron mustahkam zarralar juftini hosil qiladi yoki boshqacha qilib aytganda, virtual juftni hosil qiladi. Bu juftlarning bog’lanish energiyasi manfiy bo`lib, ga teng, bunda m – elektronning tinchlikdagi massasi. Massa va energiyaning o`zaro bog’lanish qonuniga ko`ra bunday juftlar manfiy massaga (antimassaga) ega bo`lishi kerak. Bunday zaryadlangan zarralar juftining mavjudligi shunda ko`rinadiki, bu zarralar jufti atom elektronlari sathlarining siljishiga va atom elektroni magnit momentini Bor magnetonidan farqli kattalikka o`zgarishiga sabab bo`luvchi atom elektronlari bilan o`zaro ta’sirlashishga olib keladigan fluktuatsiyaga uchraydi.
Annigilyatsiyaga teskari hodisa, elektron – pozitron juftining hosil bo`lishi dan katta energiyali - foton atom yadrosi yaqinidan o`tganida sodir bo`ladi, bunda virtual juft fotonning dan katta energiyasini yutib, real juftga aylanadi, yuzaga kelgan elektron va pozitron esa ga teng kinetik energiya bilan har tomonga uchib ketadi, bunda W – shu zarralar juftini vujudga keltirgan - fotonning energiyasi.
Hozirgi zamon tasavvurlariga ko`ra annigilyatsiyalangan zarralar jufti butun fazoni to`ldirib turuvchi manfiy energiyali (demak, manfiy massali) zarralarning tutash fonini hosil qiladi. Bunday muhitni elektron – pozitron vakuum deb ataladi. Aftidan, xuddi shu antimassa massalarning gravitatsion o`zaro ta’siri mexanizmida, shu jumladan yulduzlar, planetalar va h.k.larning gravitatsion o`zaro ta’siri mexanizmida hal qiluvchi rol o`ynaydi.
Elementar zarralarning eng muhim ikkinchi turi protonlar va antiprotonlar. Protonlar – barqaror zarra (o`z – o`zidan boshqa zarralarga aylanmaydi). Proton va antiproton jufti elementar zarralar sistemasida ma’lum ma’noda elektron va pozitron juftiga o`zaro teskari munosabatdadir. Masalan, agar pozitronlar, ya’ni musbat elektronlar ularni vujudga keltirilgandan keyin tezda annigilyatsiyalanib o`z massasini va energiyasini fotonlarga bersa, proton – antiproton zarralar juftida modda zarralari orasida musbat proton turg’un holatda bo`ladi. Antiproton, ya’ni manfiy proton vakuumda turg’un bo`lsada, biroq moddada tezda mezonlar va K – mezonlar, gohida qattiq - fotonlar chiqarib proton bilan annigilyatsiyalanadi. Shunday qilib, elektron – pozitron vakuumi bilan bir qatorda proton – antiprotoni mavjud bo`lishi kerak. Antiproton protonga nisbatan antizarra bo`lib xizmat qiladi. Proton murakkab yadrolarning muhim tashkiliy qismlaridan biri hisoblanadi va o`zi vodorod atomi yadrosidan iboratdir. Neytron bilan bir qatorda uni nuklon ham deb ataladi. Proton elektron bilan birgalikda neytral vodorod atomini hosil qiladi. Teskari sistemani, ya’ni antiproton – pozitron sistemasini qaraymiz, u o`zining barcha xossalari bilan (optikaviy, ximiyaviy, magnit va b.q.) vodorod atomiga o`xshash bo`lsin. Bu vodorodning antiatomi bo`ladi. Agar shunday antiatomlar va boshqa shunga o`xshash murakkab antiatomlar moddaning ko`proq qismini tashkil qilsa, u holda elektronlar protonlar bu moddada, aniqrog’i, antimoddada tezda annigilyatsiyalangan bo`ladi va shu sababli, antiatomlar orasida erkin holatda uzoq vaqt mavjud bo`lolmas edi.
Protonning massasi elektronning massasidan marta katta, boshqacha aytganda, ga teng. Protonning musbat zaryadi absolyut qiymati jihatidan elektronning zaryadiga, ya’ni SGSE ga teng. Protonning spini , magnit moment
(1.1.7)
Bunda .
Protonlar u yoki bu tezlatkichda tezlatish uchun va yadro reaksiyalarida foydalanish uchun eng qulay zarradir.
Proton uchun p va H¹ simvolik belgilar qabul qilingan. Antiprotonning massasi proton massasiga teng, zaryadi esa kattaligi va ishorasi jiatidan elektron zaryadiga teng. Uning spini ga teng. Magnit moment kattalik jihatidan protonning magnit momentiga teng, biroq ishorasi teskari, ya’ni spinga teskari yo`nalgan. Binobarin, . Antiprotonni p simvol orqali belgilanadi.
Antiproton eksperimental ravishda birinchi marta Kaliforniya universiteti sinxrofazatronida energiyagacha tezlatilgan protonlar bilan mis nishonini nurlatilganda aniqlangan edi. Reaksiya mahsulotlarini sinchiklab tekshirish natijasida ular ichidan shunday zarralar aniqlangan ediki, ular keyinchalik antiprotonlarga ayniylashtirildi.
Elementar zarralar ichida ikkinchi muhim nuklon – neytrondir. Uning massasi protonning massasiga deyarli teng, biroq elektr zaryadga ega emas. Shu sababli, neytron juda katta o`tish qobiliyatiga ega, chunki u moddada harakatlanganda ionlashga, nurlanishga va h.k.larga energiya sarf qilmaydi. Bundan tashqari, neytronlar Kulon itarishishiga uchramasdan atom yadrosiga kirib boradi va shunday qilib, barcha atomlar yadrolarida yadro reaksiyasini uyg’otuvchi eng effektiv zarralar bo`lib hisoblanadi.
Neytronning massasi 1838,63 elektron massasiga teng, elektr zaryadi esa nolga teng. Neytronning spini , magnit moment
ga teng. Uning simvolik belgisi n.
Neytron barqaror zarra bo`lib, u atom yadrosidan ozod bo`lib chiqqandan keyin chamasi 1000 sek vaqt o`tishi bilan yemirilishga uchraydi. Neytronning yarim yemirilish davri 1013 sek ga teng. Neytronning yemirilish sxemasi quyidagicha:
(1.1.8)
bunda - elektron antineytrinosi.
Neytronga nisbatan antizarra – antineytrondir, u massasi neytron massasiga teng, zaryadi nol, spini esa ga teng. Antineytronning magnit momenti absolyut qiymati jihatidan neytronning magnit momentiga teng, biroq ishorasi jihatidan qarama – qarshidir. Antineytronni simvol bilan belgilash qabul qilingan.
Antineytronlar birinchi marta 1956 - yilda modda orqali harakatlanayotgan antiprotonlarning qayta zaryadlanishi tufayli hosil bo`lgan antineytronlarni kuzatgan amerikalik fiziklar B.Kork, G. Lambertson, O. Pichchioni, V. Venzeller tomonidan aniqlangan edi. Antiprotonlarning qayta zaryadlanish reaksiyasi nuklon va antinuklon orasida quyidagi sxema bo`yicha zaryad almashinishidan iborat:
(1.1.9).
Bu reaksiyaning amalga oshishi unchalik oson emas, biroq shunday bo`lsa-da, antineytronlarning vujudga kelishini kuzatish mumkin. Antineytonlarning ochilishi antiprotonlarning ochilishi bilan bir qatorda P. Dirakning elektron nazariyasiga asoslangan hozirgi zamon elementar zarralar nazariyasining yorqin tasdig’i bo`ldi.
Neytrino va anitneytrino tinchlikdagi massaga ega bo`lmagan neytral elementar zarralar hisoblanadi. Bu zarralar atom yadrolari radioktiv yemirilganda, beqaror zarralar – mezonlar va boshqalar yemirilganda hosil bo`ladi. Neytrinoning tinchlikdagi massasi elektr zaryadi , spini , magnit momenti . Neytrinoning simvolik belgisi ν. Neytrinoning tinchlikdagi massasi va magnit momenti nolga teng bo`lmasligi bo`lmasligi mumkin, biroq ular shunchalik kichikki, hozircha deyarli nolga teng deb hisoblashga to`g’ri keladi. Tinchlikdagi massasi, zaryadi va magnit momenti nolga tengligi sababli neytrino juda katta o`tish qobiliyatiga ega. Bir necha megaelektronvolt energiyaga ega bo`lgan neytrinoning erkin yugurish yo`li uzunligi fazoning ko`rinuvchan qismi o`lchamlari tartibida bo`ladi.
Neytrino hosil bo`ladigan reaksiyalarga misol qilib, pozitron (sun’iy) radioktiv reaksiyasini olish mumkin. Bundan tashqari - mezonlar va boshqa beqaror zarralar yemirilish reaksiyasi ham shunday reaksiyalar qatoriga kiradi:
,
(1.1,10)
bunda elektron neytrinosi, myuon neytrinosi.
Neytronning spini uning harakat yo`nalishiga antiparalleldir. Neytrinoning antizarrasi – antineytrinodir, u xuddi neytrinoga o`xshash zarra, biroq spini neytrino spiniga qarama – qarshi yo`nalgan, ya’ni harakat yo`nalishiga parallel. Antineytrinoning simvolik belgisi . Antineytrino tabiiy radioktiv moddalarning yemirilishida, mezonlarning yemirilish reaksiyalarida va h.k.larda hosil bo`ladi. Masalan:
,
,
,
(1.1.11)
1963 – yilda sovet fizigi A. A. Sokolovning nazariy ishlari e’lon qilinib, unda neytrinoning to`rt komponentali nazariyasi ilgari surilgan edi. Bu ish natijalariga ko`ra, hozirda elektron neytrinosi deb ataluvchi oddiy neytrino (va antineytrino) bilan bir qatorda boshqa neytrino ham bo`lishi kerak. Elektron neytrinosi (belgisi ) yadrolar, mezonlar, K – mezonlar va neytronlarning pozitron bilan juftlashib yemirilishida hosil bo`ladi; elektron antineytrinosi elektron ) bilan juftlashib bo`ladigan xuddi shunday yemirilishlarda hosil bo`ladi.
A.A.Sokolov aytganlari tasdiqlandi, haqiqatan ham – mezonlar K-mezonlari - mezonlar bilan juftlashib yemirilganda va - mezon yemirilganda hosil bo`ladigan neytrino yemirilishida hosil bo`lgan neytrinoga aynan emas ekanligi eksperimental aniqlandi. Bu neytrinoni hozirgi vaqtda orqali belgilanadi va myuon neytrinosi deb ataladi. - mezon biln juftlashib bo`ladigan xuddi shunday yemirilishlarda va - mezon yemirilishda orqali belgilanadigan myuon antineytrinosi hosil bo`ladi.
Neytrino va antineytrinoning ikki turi (elektron neytrinosi va antineytrinosi, myuon neytrinosi va antineytrinosi) kashf qilinishi va neytrinolarning o`zining eksperimental aniqlanishi hozirgi zamon elementar zarralar fizikasining eng katta yutuqlaridan biri bo`ldi.
Mezonlar tinchlikdagi massasi elektron va protonning tinchlikdagi massalari orasidagi oraliq qiymatga ega bo`lgan beqaror elementar zarralardir. Musbat, manfiy va neytral mezonlar ma’lum. Mezonlarning elektr zaryadi absolut qiymati jihatidan elektronning zaryadiga teng. Har xil massali mezonlar bo`ladi: - mezonlar, - mezonlar, – mezonlar, - mezonlar, va – mezonlar. Pi – mezonlar 273,2 elektron massasiga ega; - mezonlarning massasi 264,2 elektron massasiga , - massasi 206,7 elektron massasiga, - mezonlarning massasi 966 elektron massasiga teng va h.k. pi – mezonlar va K- mezonlarning spini nolga teng, - mezonlarning spini - mezonlarning spini ga teng. Yuqorida aytilganlardan kelib chiqadiki, mezonlar ham elektronlar va pozitronlar, protonlar va antiprotonlar kabi ikki xil ko`rinishda – zarra va antizarra ko`rinishida mavjud bo`lar ekan. Mezonlar atom yadrosidan uchib chiqqandan so`ng erkin holatda kam vaqt mavjud bo`ladi va keyin boshqa zarralarga ajralib ketadi. Quyida mezonlarning yemirilish sxemasi va ularning yashash vaqti keltirilgan:


,
, (1.1.12)
sek;
(1.1.13)

-mezonlar nuklonlar va atom yadrolari bilan kuchli o`zaro ta’sirlashadi va hozirgi zamon tasavvurlariga ko`ra yadro kuchlari mavjud bo`lishiga sabab bo`ladi. Yadro kuchlari nuklonlar orasida mezonlar almashinishi hisobiga yuzaga keladi: -mezonlar proton –neytron o`zaro ta’sirini amalga oshiradi. mezonlar esa bir xil nuklonlarning o`zaro ta’sirini amalga oshiradi. mezonlar quyidagi sxema bo`yicha yemiriladi:

(1.1.14)
.
– mezonlar nuklonlar bilan va atom yadrolari bilan kuchsiz o`zaro ta’sirlashadi va asosan Kulon sochilishiga duch keladi. – mezonlar kosmik nurlarning qattiq komponentasini tashkil qiladi. K- mezonlarning bir necha xil yemirilish sxemasi mavjud,
,
,
,
,
. (1.1.15)