Mundarija kirish I bob. Elementar zarrachalarning klassifikatsiyasi

Nuklonlar va leptonlar.

Elementar zarrachalar haqidagi ta’limot hozirgi zamon atomistikasining eng yuqori bosqichidir.
Mikrodunyoni uch bosqichini ta’kidlab o`tish mumkin:

1. 
   Atom tuzilishini va unda sodir bo`ladigan jarayonlarni o`rganish;
   
2. 
   Yadro tuzulishini va yadro ichida sodir bo`ladigan jarayonlarni o`rganish;
   
3. 
   Atom yadrolari va atomlarning elektron qobiqlarini tashkil qilgan, shuningdek, yadro aylanishlarida vujudga keladigan zarralarni va ularni tashkil qilgan zarralarni o`rganish.
   

Hozirgi zamon fizikasi hodisalarni eksperimental o`rganish sohasida ham, ularni nazariy asoslash sohasida ham juda katta yutuqlarga erishdi; bunda olingan juda katta eksperimental materiallar va hodisalarni nazariy hamda model ko`rinishida tavsiflash uchun qilingan harakatlardagi ba’zi yutuqlar bilan bir qatorda tabiatda sodir bo`ladigan barcha hodisalarni qoniqarli ravishda tushuntirib bera oladigan yagona bir fizikaviy konsepsiya yaratilmaganligini aytib o`tish o`rinlidir.
Uchinchi bo`lim o`z ma’nosiga ko`ra elementar zarralar fizikasi deb ataladi. Elektronika, atomlar tuzilishi, atomlar yadrolaridagi hodisalarni, kosmik nurlardagi jarayonlarni, tezlatkichlar yordamida olinadigan zaryadlangan zarralarda bo`ladigan har xil reaksiyalarni o`rganish elementar zarralar deb ataladigan zarralarning juda ko`p ekanligini qat’iy aniqlab olishga imkon berdi. Hozirgi paytda bunday zarralar qatoriga elektron, pozitronlar, protonlar, antiprotonlar, neytronlar, antineytronlar, neytrino va antineytrinolar, mezonlar, giperonlar, fotonlar va boshqalar kiradi. Bu zarralardan ayrimlari barqaror zarralar hisoblanadi, ya’ni o`z – o`zidan yemirilib boshqa zarralarga aylanmaydi, holbuki ko`pgina elementar zarralar beqaror bo`lib, muayyan vaqt o`tgandan keyin yemirilib boshqa zarralarga aylanadi. Elementar zarralar mazmuniga ko`ra eng sodda zarralar deganidir, ya’ni bu so`z ular bundan keyin boshqa tashkiliy qismlarga ajralmaydi degan ma’noni anglatadi. Biroq bu yerda bunday emas, bu hol ma’lum ma’noda atomlar materiyaning bo`linmas zarralari deb hisoblangan davrni eslatadi.
Haqiqatda esa elementar zarralar hech qanaqasiga elementar emas, balki ular boshqa tur zarralarga aylanishi mumkin va so`zsiz ularning har biri o`z strukturasiga ega bo`ladi.
Elementar zarralarning xarakterli xususiyati shuki, ular ikki xil ko`rinishda – zarralar va antizarralar ko`rinishida namoyon bo`ladi. Bu muayyan ko`rinishdagi musbat zaryadlangan zarralar bilan bir qatorda ularning manfiy zarralarning ham mavjudligida o`z ifodasini topdi. Neytral zarralar holida bu farq shundan iboratki, ularda mexanikaviy va magnit momentlari qarama- qarshi orientatsiyalangan bo`ladi. Ushbu fundamental fakt orqali materialistik dialektikaning asosiy qonuni yorqin ifodalangan. Bu qonun materiya harakatini qarama – qarshiliklar birligi sifatida qarab, ular orasida hamma vaqt kurash boradi, bu esa materiyaning o`z – o`zidan harakatlanishiga asos bo`ladi deb ko`rsatadi. Elementar zarralarga xos bo`lgan qator fundamental fizikaviy xossalar mavjudki, ular zarralarning xarakterli xususiyatlarini belgilaydi. Hamma elementar zarralar u yoki bu massaga, energiyaga, harakat miqdori momentiga, ba’zi zarralar esa magnit momentga, elektr zaryadga ega va h.k. elementar zarralardagi barcha o`zgarishlar massa, energiya, harakat miqdori, harakat miqdori moment va elektr zaryadning saqlanish qonunlariga qat’iy bo`ysunadi.
Bu qonunlar bilan bir qatorda yana ba’zi spetsifik saqlanish qonunlari ham o`rinlidir; barion zaryadining (nuklonlar sonining), mezon zaryadining saqlanish qonuni, juftlikning saqlanish qonuni (kuchli o`zaro ta’sirlarda), izotopik spinning saqlanish qonuni, g’alayonning saqlanish qonuni, ba’zi yangi kvant xossalarining saqlanish qonunlari va h.k. endi elementar zarralarning asosiy xarakterlarini qarab chiqamiz.
Tinchlikdagi massa va xususiy energiya. Elementar zarralar har qanday holatda ham massaga ega. Massa erkin zarraning to`la energiyasi W bilan quyidagi munosabatda bog’langan:
(1.1.1)
Bunda dagi massa m esa dagi massa (1.1.1)
munosabatdan ko`rinib turibdiki, massa zarraning to`la energiyasiga bog’liq ekan. Shuning uchun umumiy holda u doimiy emas. Shu sabali, elementar zarrani tinchlikdagi massa orqali xarakterlanadi. Elementar zarraning ichki energiyasi tinchlikdagi massa orqali quyidagicha bog’langan:
.
Biroq shunday zarralar borki, ularda energiya impuls bilan quyidagi munosabatda bog’langan:
(1.1.2)
Ya’ni . Bunday zarralarga fotonlar va neytrinolar kiradi. Ular tinchlikda massaga ega bo`lmaganligi sababli vakuumda c yorug’lik tezligida harakatlanadi.
Elektr zaryad. Hozirgi vaqtda ma’lum bo`lgan zarralarning ko`pchiliga elektr zaryadga ega. Bunda hamma vaqt ham musbat zaryadli, ham manfiy zaryadli zarralar (zarra va antizarralar) mavjud ekanligi ma’lum bo`ldi. Elektr zaryadning absolut qiymati elektron zaryadi e ning absolut qiymatiga teng. Bu kattalikni odatda elektr zaryad birligi sifatida qabul qilinadi. Zaryadlangan zarralardan tashqari, zaryadlanmagan zarralar ham bor bo`lib, ular ham zarralar va antizarralar ko`rinishida mavjuddir.
Spin. Elementar zarralar biror spinga ega. Spini nolga teng bo`lgan zarralar ham mavjud. Ko`pgina zarralarning spini ga teng.
Izotopik spin. Elementar zarralarni o`rganish shuni ko`rsatadiki, ular bitta zarra, ikkita zarra va h.k zarralardan iborat gruppalarga birlashishi mumkin ekan. Masalan, proton va neytron – ikkita zarra, neytral -mezon va ikkita zaryadlangan –mezon – uchta zarra. Bunday gruppalarni turli holatlarda(yoki turli energetik sathlarda) bo`lishi mumkin bo`lgan zarralar deb qaraladi. Shuning uchun bu holatlarni yakka (gruppada bitta zarra – singlet), dubletlar (gruppada ikkita zarra), tripletlar (uchta zarra) deb tushuniladi.
Yuqorida atom energiya sathlari uchun ko`rdikki, ularning multipletligiga sabab – elektron spinning mavjudligidir. Shuning uchun elementar zarralarning multipletligini tushunish uchun ham yana bir kvant xarakteristikasi- izotopik tushunchasi kiritiladi. Izotopik spin I soni orqali xarakterlanadi va u qiymatlar qabul qilishi mumkin. Biroq bu yerda bu kvant xarakteristikasini haqiqiy spin deb tushunish kerak emas. Bu yerda spin so`zi elementar zarralar gruppasini
(1.1.3)
Formula bo`yicha xarakterlash uchungina ishlatildi, bunda - izotopik spini I bo`lgan gruppa multipletligi.
Elementar zarralarning noelektr zaryadli: barion,lepton zaryadlari. Elementar zarralarning aylanishlarini xarakterlash uchun yangi kattalik – elementar zarraning noelektr xarakterdagi zaryadi haqida tasavvur kiritish lozim bo`lib qoldi. Og’ir zarralarga barion zaryadi, yengil zarralarga – elektronlarga va mezonlarga – lepton zaryadi mansub deb qabul qilinadi. Bu zaryadlar o`lchamsiz sonlar orqali ifodalanadi. Muhimi, bu kattaliklar elementar zarralarning turli aylanishlarida saqlanadi.
Kvant soni. S,K – mezonlar va giperonlar kabi beqaror zarralarni o`rganish shuni ko`rsatadiki, bu zarralar o`z aylanishlarida katta anomaliyaga duch kelar ekan; u elementar zarralarning yangi xossalarini ifodalaydi va o`ziga xos bo`lmagan termin bilan g’alatilik deb ataladi. Bu xossa S kvant soni bilan xarakterlanadi va uni ham g’alatilik deb ataladi. G’alatilik 0, qiymatlarni qabul qilishi mumkin.
Saqlanish qonunlari. Elementar zarralarning hamma aylanishlari quyidagi saqlanish qonunlari bajarilgan holda sodir bo`ladi.