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

I BOB. ENG YENGIL ELEMENTAR ZARRACHALAR VA YADRO KUCHLARI
1.1. Foton.

Eng yengil zarrachalarni ko‘rib chiqishdan oldin, bizga avvaldan ma’lum bo‘lgan zarrachalar ustida qisqacha to‘xtalib o‘tamiz. Bular proton, elektron va neytronlardir. Bu zarrachalar hozirgi vaqtda maktab o’quvchilariga ham ma’lum bo‘lgani uchun, biz bularni avvaldan ma’lum bo‘lgan zarrachalar deb ataldi. Ma’lumki, proton, neytron va elektronlar modda tuzilishida asosiy rol o’ynaydi. Elektronning massasi taxminan 1/1027 grammga teng. Boshqacha qilib aytganda ta elektronning og‘irligi taxminan 1 grammga teng bo‘ladi. Odatda, elementar zarrachalar fizikasida elektronning massasi massalar birligi sifatida ishlatiladi. Shuning uchun ham biz keyingi mulohazalarimizda zarracha massalarining absolyut qiymatlari haqida so‘z yuritmaymiz. Masalan, protonning massasi 1836 ta elektronning massasiga teng, neytronning massasi esa protonning massasidan 2,5 ta elektronning massasicha og‘irdir. Elektron manfiy elektr zaryadiga ega. Tajribalar shuni ko‘rsatadiki, har qanday elementar zarracha elektronning zaryadiga teng zaryadni o‘zida olib yuradi, yoki xech qanday zaryadga ega bo’lmaydi. Shuning uchun ham elementar zarrachalarning elektr zaryadlarini o‘lchashda elektronning zaryadini birlik sifatida qabul qilish ancha qulayliklarga olib keladi. Proton ham absolyut qiymati bo’yicha elektronning zaryadiga teng bo‘lgan musbat zaryadga ega. Shunday qilib, elektronning zaryadi —1 ga teng bo‘lsa, protonning zaryadi esa +1 ga teng. Neytron neytral zarrachadir, uning elektr zaryadi nolga teng. Har qanday murakkab zarrachalarning elektr zaryadi, elektronning elektr zaryadiga karralidir. Yana tajribadan olingan ma’lumotlarga murojaat qilamiz. Bu ma’lumotlarga qaraganda protonning o‘lchamlari taxminan 10^-15 m ga teng. Bu o‘lcham elementar zarrachalar fizikasida birlik sifatida qabul qilinib, u bir Fermiga teng. Hozirgi davrda atom fizikasida, Yadro fizikasida va elementar zarrachalar fizikasida energiyani asosan elektron voltlarda o‘lchanadi. Bu juda ham kichik energiya —1 elektron-volt (qisqacha eV) taxminan 1,6 • 10-19 J ga teng. Misollar keltiramiz.

Zaryadlangan zarrachalarning energiyasi 13,5 eV bo‘lsa, vodorod atomini ionlash uchun yetarli hisoblanadi. Og‘ir yadrolar tomonidan chiqariladigan rentgen nurlarining energiyasi hatto 100 ming eV ga yetishi mumkin. Yadrolarda proton va neytronlarning bog‘lanish ener­giyasi 6—7 mln. eV ga teng, ya’ni yadrolardagi protonlarni neytronlardan ajratish uchun 6—7 mln. eV energiya sarflash kerak. Eng katta tezlatgichlarda tezlatilgan protonlarning energiyasi 400 mlrd. eV ga yetishi mumkin (1 mlrd eV = 1 GeV).
Elementar zarrachalar fizikasida zarrachalarning tinch holatdagi energiyasini aniqlash muhim ahamiyatga ega. Yuqorida aytilganlardan foydalanib proton, neytron va elektronlarning tinch holatdagi ener­giyasini topish mumkin. Masalan, elektronning tinch holatdagi energiyasi qiymati quyidagicha topiladi:
yoki 106 eV = 1 MeV .
Yuqorida biz proton va neytronlarning (nuklonlarning) massalari elektronning massasidan taxminan 2000 marta katta ekanligini ko‘rgan edik Bundan ko‘rinib turibdiki, proton va neytronlarning tinch holatdagi energiyasi taxminan 109 eV ga yoki 1 GeV ga teng.
Elementar zarrachalarning tezliklari haqida keyinroq, mulohaza yuritamiz. Endi eng yengil elementar zarrachalarni ko‘rib chiqishga harakat qilamiz. Eng yengil zarrachalarning yengili — foton, ya’ni elektromagnit maydon kvantidir. Bu zarracha elementar zarra­chalar dunyosida o‘ziga xos alohida o‘rin egallaydi. Elementar zarra­chalar fizikasida bu zarracha grekcha (gamma) harfi bilan belgilanadi. Shuning uchun xam bu zarrachani ko‘pincha - kvantlar deb ataladi. Yorug’lik nuri asosan fotonlar oqimidan iborat ekanligi XX asr boshlarida isbot qilingan. Keyinchalik, elektromagnit to‘lqinlarninr energiyasi ma’lum bir porsiyalardan, ya’ni kvantlardan iborat ekanligi aniqlandi. Masalan, chastotasi ga teng bo‘lgan elektromagnit to‘lqinlarning bir «porsiya» energiyasi ga proporsional bo‘lib, u ga teng. Bu erda h — Plank doimiysi. Bulardan ko‘rinib turibdiki, elektromagnit to’lqinlar o‘zi bilan ga karrali bo‘lgan energiyalarnigina olib yurishi mumkin. Demak, elektromagnit to‘lqinlarning energiyalari , , va h. k bo’lishi mumkin, lekin bo’lishi mumkin emas. Boshqacha qilib aytganda, elektromagnit to‘lqinlar xuddi zarrachalardek energiya tashiydi. Lekin bu elektromagnit to‘lqinlarning kvantlari (fotonlar) zarrachalardan iborat deb aytish uchun yetarli asos bo‘la olmaydi. Agar fotonlar haqiqatan ham zarrachalardan — haqiqiy zarrachalardan iborat bo‘lsa, haqiqiy zarrachalar ustida bajariladigan qonun-qoidalar fotonlarda xam bajarilishi kerak .Tajribalar shuni ko‘rsatadiki, fotonlar xuddi zarrachalardek o’z impulslariga ega va fotonlarning bu impulsi
(1)
ga teng ekan. (c—yorug’lik tezligi). Fotonlar ham xuddi zarrachalardek boshqa zarrchalar bilan to‘qnashishi mumkin. Bunda albatta energiya va impuls saqlanish qonunlari bajariladi. Ikkinchi tomondan, agar biz nisbiylik nazariyasidagi zarrachalarning e energiyasi, p impulsi va t massasini bog‘lovchi quyidagi formulaga nazar tashlasak:
(2)
fotonlarning tinch holatdagi massasi nolga teng ekanligini tushunib olishimiz mumkin. Bu degan so‘z, fotonlar tinch holatda uchra­maydi, ular doim harakatda bo‘ladi. Fotonlarning energiyasi qanday bo’lishidan qat’i nazar ular doim c tezlik bilan harakatlanadi.
Nyuton mexanikasida tinch holatdagi massasi nolga teng bo‘lgan zarrachalar haqida gapirish ma’noga ega emas. Eynshteynning nisbiy­lik nazariyasida esa zarrachalarning tinch holatdagi massasi ikkinchi darajali massadir. Haqiqatan ham, nisbiylik nazariyasida zarracha­larning tinch holatdagi massasi, ularning to’liq massasi T ning ma’lum bir qisminigina tashkil qiladi:
(3)
Foton ham o‘zining to’liq massasiga ega:
(4)
Ko‘rinib turibdiki, fotonning to’liq massasi butunlay uning harakatiga bog’liq.
Proton, neytron va elektronlarni tabiatda tinch holatda uchratish mumkin. Lekin tinch holatdagi massasi nolga teng bo‘lgan zarrachalarni hech qachon tinch holatda uchratish mumkin emas. Masalan, fotonlarni xech qachon to’xtatib bo’lmaydi. Fotonlarni tinch holatda uchra­tish mumkin deb faraz qilaylik.U holda
(5)
formuladan fotonlarning tinch holatdagi energiyasi nolga teng ekan­ligini tushunish qiyin emas. Lekin har qanday moddiy ob’ekt energiyaga ega bo’lishi kerak. Demak, fotonlar — yorug’likning kvanti hech qachon tinch holatda uchramaydi, u doim c tezlik bilan harakatlanadi.
Atomlar yoki yadrolar bir holatdan ikkinchi holatga o‘tganda ular o‘zlaridan fotonlar chiqarishi mumkin. Fotonlar atomlar va yadrolarning tarkibida tayyor holda mavjud emas. Ular (fotonlar) nurlanish paytida paydo bo‘ladi. Fotonlar bir zaryadlangan zarrachaning ikkinchi zaryadlangan zarracha bilan to‘qnashgan paytida ham bo’lishi mumkin, masalan:
(6)
Yana bir misol ko‘ramiz: e^- elektronning p proton bilan to’qnashuvida ham quyidagicha yadro reaksiyasi bo‘lib o’tishi mumkin:
e ⁻ + p→ e ⁻ + p + γ (7).
Ko‘rinib turibdiki, to‘qnashuv sodir bo‘lgandan keyin foton bo‘ladi.