O’tgan 2015- yil bizning bosh maqsadimiz bo’lmish asosiy vazifa odamlarimizning munosib hayot darajasi va sifatini ta

1.5. Mezonlar.

Yukava mezonlarini tajribada kuzatishning birdan-bir yo’li kosmik nurlardan foydalanish edi. Chunki, fiziklarning ixtiyorida zarrachalarning tezlatkichlari yo’q edi. Shuning uchun ham kosmik fazodan kelayotgan juda katta energiyali nurlarning (zarrachalarning) yadrolar yoki zarrachalar bilan ta’sirini o’rganish katta ahamiyatga ega bo’ldi. Kosmik nurlar ikkiga bo’linadi: birlamchi kosmik nurlar va ikkilamchi kosmik nurlar. Birlamchi kos­mik nurlar asosan juda katta energiyaga ega bo‘lgan (taxminan 10¹⁶— 10¹⁷ eV) zarrachalar oqimidan iborat bo‘lib, bular asosan protonlardan iborat bo‘ladi. Ikkilamchi kosmik nurlar esa birlamchi kosmik nurlar yer atmosferasidagi har xil yadrolar va zarrachalar bilan to’qnashgandan keyin so’ngan zarrachalar oqimidan iborat. Ko‘rinib turibdiki, ikkilamchi kosmik nurlar nisbatan kam energiyaga ega bo‘ladi. Ikkinchi tomondan ikkilamchi kosmik zarrachalar oqimi xilma-xil bo‘ladi. Kosmik nurlar tarkibini o’rganishga bag’ish­langan tajriba juda qiziq natijalarni berdi. Kosmik nurlar bilan quyidagicha tajribao’tkazildi. Kosmik nurlarning yo’liga har xil qalinlikdagi qo’rg’oshin plastinkalar joylashtirildi. Bundan keyin esa qo’rg’oshin plastinkalarni kesib o’tgan kosmik nurlarning intensivligi o’rganildi. Tajriba natijalari 4- rasmda ko’rsatilgan. Bu rasmdan ko‘rinib turibdiki, qo’rg’oshin plastinkalarning qalinligi 0,1 m gacha bo‘lganda, kosmik nurlarning intensivligi N juda tez o’zgara borgan. Qo’rg’oshin plastinkalarning qalinligi 0,15 m ga va undan qalin bo‘lganda esa kosmik nurlarning intensiv­ligi deyarli o’zgarmagan. Bu natija kosmik nurlar asosan bir-biridan tubdan farq qiladigan ikki xil zarrachalar oqimidan ibo­rat ekanligini ko‘rsatadi. Birinchi xil zarrachalar qo’rg’oshinda juda tez yutiladi (yumshoq kosmik nurlar), ikkinchi xili esa aksincha, juda qalin qo’rg’oshinlarda ham deyarli yutilmaydi.

Biz zaryadlangan zarrachalar moddada harakatlanganda asosiy energiyasini tormozlanish vaqtidagi nurlanish uchun sarflanishini bilamiz. Tormozlanish vaqtida sarflanadigan ener­giya zarrachalarning tezlanishiga to’g’ri proporsional bo‘lib, ular­ning massalariga teskari proporsionaldir. Demak, qattiq jismlarda yengil zaryadlangan zarrachalar tormozlanish vaqtida juda ko’p energiyalarini sarflaydi. Shuning uchun xam elektronlar, ular turli­cha katta energiyaga ega bo’lmasin, qattiq moddalardan o’tganlarida hamma energiyasini juda tez sarflab yuboradi. Katta energiyaga ega bo‘lgan elektronlar endi mavjud emas. Yumshoq, kosmik nurlarning yutilishini ana shunday tushuntirishimiz mumkin.
Qattiq kosmik nurlar to’g’risida quyidagilarni aytishimiz mumkin. Qattiq kosmik zarrachalar elektronlarga qaraganda juda ham og‘irdir. Shuning uchun ham ular tormozlanish vaqtidagi nurlanishga juda ko’p energiya sarflamaydi. Shuning uchun ham ular qattiq jismlardan bemalol o’tib ketaveradi.
Xuddi shu davrda sovet olimi D. V. Skobelsin zaryadlangan zar­rachalarning massasini, impulsini va zaryadini aniqlashning birdan-bir usul ni ko’rsatib berdi. Bu usul quyidagicha edi. Fa­raz qilaylik, juda katta kuchlanishga ega bo‘lgan magnit maydonga Vilson kamerasidan o’tgan zaryadlangan zarrachalar kamerada o’z izlarini qoldiradi va magnit maydon ta’siri ostida esa o’zlarining zaryadlariga qarab u yoki bu tomonga buriladi. Bu tajriba shuni ko’rsatdiki, qattiq kosmik nurlar, asosan, manfiy zaryadga ega bo‘lgan zarrachalar oqimidan iborat ekan. Demak, qattiq kosmik nurlar protonlar emas.

4-rasm

Amerikalik olimlar Anderson va Neddermeyer Vilson kamerasi bilan bog’liq bo‘lgan tajribani davom ettirib, massasi elektron massasidan taxminan 200 marta (200 m_e) og‘irroq bo‘lgan zarrachaning trayektoriyasini suratga olishga muvaffaq bo’ldi. Bu zarrachaning massasi elektron va proton massalarining oralig’ida bo‘lganligi uchun bu zarracha mezon deb atala boshlandi. Keyinchalik boshqa zarrachalardan farq qilish uchun µ − mezon deb ataladi. Shunday qilib, tabiatda yangi zarracha µ − mezonlarning mavjudligi kashf qalindi. Bundan keyingi vazifa bu yangi zarrachaningasosiy fizik xususiyatlarini o’rganish edi.

Quyidagicha savol tug’ilishi mumkin. Tajribada topilgan π-mezonlar Yukava oldindan aytib bergan mezonlar bo’lishi mumkinmi? Xuddi ana shu savolga javob berish uchun xam olimlar oldida turgan birgina vazifa µ- mezonlarning xususiyatlarini to’laroq o’rganish edi.



5-rasm

Tez orada µ- mezonlarning turg’un emasligi ma’lum bo’ldi, ya’ni µ − mezonlar o‘zidan-o‘zi boshqa zarrachalarga parchalanar ekan. Bu quyidagi tajribadan ma’lum bo’ldi (5- rasm). Tog’ cho’qqilarida va dengiz satxida µ − mezonlarning intensivligini aniqlash ustida tajribalar olib borildi. Bunda S— µ ^- mezonlarni qayd qiluvchi schyotchiklar bo‘lib, R qo’rg’oshin qatlamidir. Tog’ cho’qqisida µ − me­zonlarning intensivligi dengiz satxiga qaraganda juda katta edi. Chunki, tog’ cho’qqisi bilan dengiz satxi orasidagi atmosfera qatlamida µ − - mezonlar yutilishi mumkin edi. Shuning uchun tog’ cho’qqisidagi qurilmaning tepasiga qo’shimcha yutuvchi modda joylashtirildi. Bu moddaning yutish qobiliyati tog’ cho’qqisi bilan dengiz satxi oralilig’ida atmosferaning yutish qobiliyatiga teng edi. 5- rasmda bu modda 77 deb belgilangan. Shunday bo‘lganda ham dengiz satxida r^-- mezon­larning intensivligi tog’ cho’qqisidagiga qaraganda sezilarli dara­jada kam edi. Bunday xolni faqat µ − mezonlarni o‘zidan-o‘zi parchalanish hodisasi bilan tushuntirib berish mumkin. Tog’ cho’qqisi bilan dengiz sathi oralig’idagi masofani o’tayotganda µ - mezonlar o‘zidan-o‘zi parchalanadi va ularning intensivligi kamayib ketadi.

Ma’lumki, elementar zarrachalar fizikasida zarrachalarning o‘zidan-o‘zi parchalanish hodisasi quyidagi eksponensial qonun bilan ifodalanadi:
(24)
bu yerda n₀ — boshlang’ich vaqtda o’rganilayotgan zarrachalarning soni, n esa t vaqt o‘tgandan keyin ham parchalanmay qolgan zarrachalarning soni, τ—zarrachalarning o’rtacha yashash davri. Faraz qilaylik, t=τ bo’lsin. U holda:
(25)
Bu formuladan quyidagicha xulosa chiqarishimiz mumkin: t — shunday vaqtki, bunda zarrachalar o‘zidan-o‘zi parchalanib, e≈2,7 marta ka­mayib ketadi. Shunday ekan. biz (24) formuladan foydalanib, µ -mezonlarning o’rtacha yashash davri t ni aniqlashimiz mumkin. Buning uchun (24) formulaga n₀ va n larning qiymatlarini, ya’ni µ -mezonlarning tog’ cho’qqisidagi va dengiz sathidagi intensivligini, nihoyat µ -mezonlarning tog’ cho’qqisidan dengiz sathigacha orasida­gi masofani o’tish uchun ketgan vaqtni qo’yishimiz kerak. Ana shunda biz τ ni topishimiz mumkin bo‘ladi. Olib borilgan tajriba quyidagi natijani berdi: τ ≈10^-5 s.
Endi yuqorida qo’yilgan savolga javob berish uchun µ-mezonlar­ning moddalar bilan ta’sirlashishini ko‘rib chiqamiz. Keyingi olib borilgan tajribalar natijasida musbat va manfiy zaryadlangan µ -mezonlar mavjudligi (µ⁺ va µ^--mezonlar) to’la isbotlandi. Keyin­gi vazifa µ⁺ va µ^--mezonlarning yashash davri bir xilmi yoki xar xilmi, degan savolga javob berish kerak edi. Xuddi ana shu maqsadda 5- rasmda ko’rsatilgan qurilma yanada takomillashtirildi. Olib borilgan tajribalar quyidagilarni berdi: µ⁺-mezonlarning yashash davri τ_µ+ - o‘zi parchalanayotgan moddaning atom nomeriga bog’liq emas-va — 2·10^—6 s ga teng ekan. Aksincha, µ -mezonlarning yashash dav­ri o‘zi parchalanayotgan moddaning atom nomeri Z ga juda bog’liq ekan: Z oshishi bilan µ -mezonlarning yashash davri keskin kamayib ketishi aniqlandi. Masalan, karbonda (s) r+-mezonning o’rtacha yashash davri=2·10^-6 s bo’lsa , qo’rg’oshinda uning yashash davri ~ 7· 10^-8 s gacha kamayib ketadi. Demak, qo’rg’oshinda µ⁻-mezonning yutilish ehtimolligi uning o‘zidan-o‘zi parchalanish ehtimolligidan marta katta ekan. Endi yana quyidagicha savol tug’ilishi mumkin. Manfiy zaryadli µ^--mezonlarning qo’rg’oshin yadrolari tomonidan yutilishi qanday tarzda bo‘lib o’tishi mumkin? Bu savolga quyidagicha javob beramiz. Biz birinchi bobda ko’rganimizdek, µ -mezonlar xam ionizatsion tormozlanish paytida juda ko’p energiyalarini sarf qiladi. Natijada µ- mezonlarning shu moddadagi harakat tezligi juda kamayib ketadi. Bunday µ- mezonlar yadrolar tomonidan osongina yutiladi. Avval xuddi elektronlardek µ - mezonlar xam ma’lum orbitalar bo’ylab yadrolar atrofida aylana boshlaydi. (Bunday sistema µ-mezoatomlar deyiladi). Mezonlar orbitalarining radiusi elektrorbitalarining radiusidan taxminan marta kichik. Xuddi elektronlardek, µ^-- mezonlar xam yuqori orbitalardan pastki orbitalarga o’tishi mumkin. Bunday o’tishlarda sistema o‘zidan Oje elektronlarni yoki γ-kvantlarni energiyalarini tajribada aniqlsh mumkin. Bunday xolda µ-mezoatomlarning energetik holati o’zgaradi. µ -me­zonlarning bir orbitadan ikkinchisiga o’tish hodisasi juda qisqa vaqt (taxminan 10^-14s) da bo‘lib o’tadi. Bundan keyingi_o’tishlarga xam mezoatom albatta mavjud bo‘lib turadi. Keyin µ^- -mezonlarning yashash vaqti tugaydi. U o’zidan-o‘zi parchalanishi mumkin. Yoki eng pastki orbitadan yadro tarkibidagi proton tomonidan µ^- - mezon­lar yutiladi. Masalan, bu hodisa quyidagicha reaksiya asosida bo‘lib o’tadi:
µ⁻+p→n+v (26)
Ana shundan keyingina µ-mezoatomlar mavjud bo’lmay qiladi. Ko‘rinib turibdiki, bu (26) reaksiyada elektr zaryadining saqlanish qonuni bajarilmoqda. (Boshqa kattaliklarning saqlanish qonunlarini biz keyinroq ko‘ramiz.) Agar (26) reaksiya µ -mezonlarning o‘zidan-o‘zi parchalanishidan ko‘ra tezroq, bo‘lib o‘tganda edi, u holda biz zich moddalarda µ - mezonlar yashash davri τ ning keskin kamayib ketishining guvohi bo‘lar edik. Lekin olib borilgan tajribalar bunday natijani ko’rsatmadi. Nima sababdan shunday bo’ldi? Keling, ana shu savolga javob topaylik. Biz yuqorida µ^- -mezonlar­ning hatto qo’rg’oshin yadrosi tomonidan yutilish ehtimolligi ular­ning o‘zidan-o‘zi parchalanishining ehtimolligidan atigi 30 marta kattaligini ko’rgan edik. Bu µ^-- mezonlarning modda adrolari bilan juda xam sust ta’sirlashishini ko‘rsatadi. Ikkinchi tomondan biz yuqorida µ^---mezoatomlarda µ^-- mezonlar orbitalarining radiuslarini hisoblab chiqarish mumkinligini ko’rsatgan edik .Agar qo’rg’oshin µ^--mezoatomning eng pastki K orbitasining radiusini hisoblasak, u quyidagini beradi:
(27)
Ko‘rinib turibdiki, qo’rg’oshin µ^--mezoatomi K orbitasining radiusi qo’rg’oshin yadrosi radiusidan kichik ekan:
(28)
Shunday qilib, qo’rg’oshinda i- mezoatom bo‘lgan xolda µ^-- mezon ~ 10^-8 s davomida qo’rg’oshin atom yadrosining ichida xrarakatlanadi. Xuddi ana shu vaqt davomida - mezon Qo’rg’oshin atomi Yadrosi tomonidan yutilmaydi. Biz keyingi boblarda kuchli Yadro ta’sirlashishini ko’rib chiqamiz. Kuchli yadro ta’sirlashishlari ~10^-23 s davomida bo‘lib o’tadi. Demak, µ^-- mezon kuchli yadro ta’sirlashishi vaqtiga qaraganda 10¹⁵ marta uzoq vaqt davomida yadro ichida xarakatlanar ekan. Demak, [µ^-- mezonlar yadrolar bilan yadro maydoni kvantlariga qaraganda (Yukava zarrachalariga qaraganda) 101v marta kuchsiz bilan tezroq ta’sirlanar ekan. Elementar zarrachalar ora­sidagi bunday ta’sirlashishlarni kuchsiz yadro ta’sirlashishlari deyiladi. Bunday ta’sirlashishlar haqida biz keyinroq to’laroq to‘xtalib o‘tamiz. Zarrachalarning o’zaro elektromagnit ta’sirlashish-lari ularning kuchsiz ta’sirlashishlaridan keskin farq qiladi. µ^-- mezonlarning bunday kucheiz ta’sirlashish xususiyati elektronlarning (pozitronlarning) va neytrinolarning ba’zi-bir xususiyatlariga o’xshab ketadi. Shuning uchun xam µ-- mezonlar, elektronlar va neytrinolar bilan birgalikda leptonlar deb ataladi. (Leptonlar-xaqida biz keyinroq gap yuritamiz.) Demak, µ-- mezonlar Yukava mezonlari bo‘la olmaydi. Haqiqatan xam, keyingi tajribalar µ-- mezonlarning Yadro reaksiyalarida juda passiv ishtirok etishini ko’rsatdi. Shuning uchun xam birlamchi kosmik nurlar yadrolar bilan to’qrashganda r- mezonlar bo’lmaydi. Xuddi shu sababdan bir­lamchi kosmik nurlar orasida µ-- mezonlar bo’lmaydi. Agar kosmik nurlar tarkibida µ-- mezonlar mavjud bo‘lsa, ular albatta qandaydir boshqa zarrachalarning parchalanishi natijasida bo’lgan» deb faraz qilish mumkin.
Endi massasi r- mezon massasi bilan proton massasi oralig’ila joylashgan zarrachalarni qidirish zarur edi. Bunday vazifani birinchi bo‘lib sovet olimlari A.I.Alixanov va A.I. Alixanyanlar bajardilar. Ular Yukava mezonlari mavjudligini isbotlab berdilar.
6. l- mezonlar. Qanday qilib, Yukava mezonlarining tabiatda mavjudligini isbotlash mumkin? Buning uchun qanday tajribalarni» o’tkazish zarur? Bu savollarga javob topish uchun biz nazariyotchi fiziklarning olib borgan ishlariga nazar tashlashimiz kerak chunki? Ularning tadqiqotlarida Yukava mezonlarining eng asosiy xususiyatlari va belgilari tilga olingan. Yukava mezonlari zaryadlangan va neytral bo’lishi mumkin. Bizga birinchi bobdan zaryadlangan zarra­chalar ionlash qobiliyatiga ega ekanligi ma’lum. Shuning uchun za­ryadlangan Yukava mezonlarini Vilson kamerasi yordamida kuzatishimiz mumkin. Ma’lumki, Yukava mezonlarining massasi elektron­ning tinch holatdagi massasidan taxminan 200—300 marta kattadir.. Energiya birliklarida bu taxminan 100—150 MeV ga to’g’ri keladi.Shuning uchun ikkita nuklonlarning to’qnashuvidan Yukava mezonla­ri bo’lishi uchun laboratoriya sistemasida xarakatdagi nuklon eng kamida~150 MeV energiyaga ega bo’lishi kerak O‘sha paytda bunday energiyaga ega bo‘lgan protonlarni qila oladigan tezlatkichlar yo’q edi. Shuning uchun faqat kosmik nurlarga umid bog’lash mumkin. Kosmik nurla yer atmosferasiga yaqinlashganda, atmosferadagi atom; Yadrolari bilan to’qnashib Yukava mezonlari hosil qilishi mumkin. Shuning uchun xam atmosferaning yuqori qatlamlarida Yukava mezon­larini intensiv bo’lish xollari yuz beradi. Bo‘lgan Yukava mezonlari yer yuzi tomon harakatlana boshlaydi.
Nazariyotchi fizik-olimlarning bu farazlari juda xam to’g’ri bo‘lib chiqdi. Haqiqatan xam, yaponiyalik olim Yukava o’z ishini; matbuotda e’lon qilgandan keyin ikki yil o’tgach, Andersen va Neder-meyerlar Vilson kamerasi yordamida massasi elektron massasidan; taxminan 200 marta og‘irroq zarracha izini ko’rishga muvaffaq bo’ldilar. Bu iz biz yuqorida bayon silgan µ^-- mezonlarning izi edi.Yukava mezonlarini axtarish davrida yadro kuchlarini o’rganishda ancha ilgarilab ketildi va Yukava nazariyasiga ba’zi bir tuzatishlar kiritildi.