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

1.3. Pozitron.

Aslini olganda pozitronning tabiatda mavjudligini 1928- yilda ingliz olimi Pol Dirak o‘zining fizikaga doir ishlarida oldindan aytib berdi. Dirakning bu nazariyasi to’g’risida I bobda bir oz bo‘lsa ham, to‘xtalib o’tgan edik. Shuning uchun endi biz pozitronning tajribada kuzatilishi tarixiga qisqacha to‘xtalib o’tmoqchimiz.

XX asrning boshlarida Gess o‘zining ilmiy tajribalarida, Yerga qandaydir nur oqimi kelib tushishini aniqladi. Keyinchalik bu nur oqimi qandaydir zarrachalar to’plamidan iborat ekanligi ma’lum bo’ldi. Hozir bunday zarrachalar kosmik zarrachalar deb ataladi. Kosmik nurlar tarkibida har xil energiya va massalarga ega bo‘lgan, zaryadlangan va neytral zarrachalar bo’lishi mumkin. Bunday zarracha-larni kuzatish va ularning to‘qnashuvini o’rganishda Vilson kamerasi eng qulay va foydali asboblardan biri xisoblandi.

2-rasm

Dastlabki paytlarda kosmik nurlar tarkibida asosan protonlar va elektronlar mavjud deb hisoblanar edi. Lekin 1932- yilda amerikalik fizik Karl Anderson magnit maydonga joylashtirilgan Vilson kamerasida o‘sha davrda tushuntirish mumkin bo’lmagan zarrachaning izini uchratib qoldi. Kamerada bu zarracha elektronga nisbatan teskari tomonga burilgan edi. Bunday hodisani ikki xil tushuntirish mumkin. Birinchidan, bu iz elektronga qarama-qarshi o’laroq, musbat zaryadlangan zarrachaga tegishli bo’lishi mumkin yoki ikkinchidan, Vilson kamerasiga kosmik nurlar bilan birga yuqoridan emas, balki past tomondan kirib borgan bo’lishi mumkin. Bu mulohazalarning qaysi biri to’g’riligini quyidagicha aniqlash mumkin. Agar Vilson kamerasiga kam energiyali zaryadlangan zarracha kirib qolib, u kameraga qaysi tomondan kirib borganligi oson aniqlanadi. Bu bizga I bobdan ma’lum. Shuning uchun Anderson Vilson kame­rasiga qo’rg’oshin plastinka joylashtirdi. Qo’rg’oshin plastinkadan o’tayotgan zaryadlangan zarrachalar plastinkada ko’p energiyalarini yo’qotadi va kamera ichida to’xtaydi. Anderson ana shunday yo’l bilan noma’lum zarrachaning Vilson kamerasiga kosmik nurlar bilan birga yuqoridan kirib kelganligini aniqladi. Noma’lum zarra­chaning izini aniqroq, kuzatib uning proton emasligiga ishonch hosil qilish mumkin. Shunday qilib, Anderson bu zarrachaning zaryadi musbat va absolyut qiymati bo’yicha elektronning zaryadiga teng ekanligini aniqladi. Massasi elektronning massasiga teng deb faraz qildi. Anderson bu yangi zarrachani pozitron deb atadi. Pozitron­ning mavjudligi keyingi tajribalarda xam tasdiqlandi.Pozitronning ochilishi butun dunyo olimlarida juda katta qiziqish uyg’otdi. Tez orada radioaktiv yadrolar ishtirok etadigan turli protsesslarda bo’lishi aniqlandi. Jolio-Kyuri, Blekket va Okkialinilarning ilmiy tajribalaridan pozitronlar γ- nurlar ta’siri ostida bo’lishi ma’lum bo’ldi. Bunda eng qizig’i Shundaki, pozitronlar doim elektronlar bilan birgalikda bo‘lar ekan. Bunday elektron-pozitron juftligining Vilson kamerasida bo’lishi sxematik ravishda 2-rasmda ko’rsatilgan. Bu rasmdan ko‘rinib turibdiki, elektron va pozitronlarning izlari magnit maydonda qarama-qarShi tomonga burilib ketgan. Bu tajribadan chiqarilgan eng asosiy xulosalardan bittasi, γ- kvantning (yorug‘lik nurining) moddaga (elektron pozitronga) aylanishidir. Hozirgi paytda elektron pozitron juftligi turli-tuman yadro prosesslarida bo’lishi aniqlandi.

Endi elektron va pozitronlarning juft-juft bo‘lib bo’lish masalasiga biroz to‘xtalib o’taylik. Ma’lumki, har qanday yadro reaksiyalarida elektr zaryadining saqlanish qonuni bajariladi: reaksiyadan avvalgi elektr zaryadi reaksiyadan keyingi elektr zaryadiga teng bo’lishi kerak. Shuning uchun xam γ – kvantlarning ta’siri ostida elektron (e⁻)- pozitron (e⁺) juftligi bo’lishi kerak. Chunki, haqiqatdan ham, γ - kvantlar­ning elektr zaryadi nolga teng, demak, elektron-pozitron juftligining zaryadi ham nolga teng bo’lishi kerak: elektron e⁻ - manfiy zaryadga, pozitron e⁺ esa musbat zaryadga ega.
Endi elektron-pozitron juftining bo’lish protsessida energiya va impulsning saqlanish qonunini ko‘rib chiqamiz. Elektron­ning (pozitronning) tinch holatdagi energiyasini teng deb belgilaymiz. Demak, γ - kvant elektron - pozitron juftini hosil qilishi uchun u eng kamida 2 m_ec² energiyaga ega bo’lishi kerak. Bu taxminan 1 million elektron voltga teng: 2 m_ec²=1 MeV. Shuning uchun xam, juda katta energiyaga ega bo‘lgan γ - kvantlargina e⁺e⁻ juftini hosil qila oladi. Agar γ - kvantning energiyasi, masalan, 1,5 MeV ga teng bo‘lsa, bundan ~ 1 Mev e⁺e⁻ juftligini hosil qilishga sarf bo‘ladi, qolgan 0,5 MeV energiya esa elektron va pozitronlarning kinetik energiyasi sifatida bizga namoyon bo‘ladi. Biz bu yerda bitta foton elektron- pozitron juftligini hosil qila oladi deb faraz qildik. Lekin impuls saqlanish qonuniga nazar tashlasak, bitta γ-kvant ma’lum shart-sharoitlar mavjud bo‘lgandagina e⁺e⁻ - juftli­gini hosil qila olishini tushunib olamiz. Faraz qilaylik, bitta γ-kvantdan bo‘lgan e⁺e⁻ - juftligidagi elektron e⁻ va po­zitron e⁺ bir xil impuls bilan qarama- qarshi tomonga yo’nalgan bo’lsin: p_e+ = —p_e-(p_e+ — pozitronning impulsi, p_e _ — elektron­ning impulsi). Impuls saqlanish qonuniga binoan elektron-pozitron juftligining impulsi γ-kvant impulsiga teng bo’lishi kerak .Bizning xolda p_e+ + p_e-=0. Lekin bizga avvaldan ma’lumki, γ-kvantning impulsi hech qachon nolga teng bo’lishi mumkin emas. Haqiqatdan ham, γ- kvantning impulsini p_v deb belgilasak, u holda:
p_e+ + p_e-=0 (12)
bo’lishi kerak. Ikkinchi tomondan e⁺e⁻ juftligini hosil qilgan foton uchun
hv>2m_ec² (13)
bo’lishi kerak. Demak, bu yerda energiya — impuls saqlanish qonuni bajarilmaydi. Shuning uchun ham bitta foton yolg’iz o‘zi elektron-pozitron juftligini hosil qila olmaydi. Quyidagicha savol tug’ilishi mumkin: qanday sharoitlarda bitta foton elektron- pozitron juftligini qila oladi? Bu savolga quyidagicha javob berish mumkin. Agar foton qandaydir yadroning elektromagnit maydonidan o’tsa, u yadro bilan ta’sirlashadi. Shundan keyin foton o’z energiyasining bir qismini yadroga uzatsa, qolgan qismiga e⁺e⁻- juftli­gini qiladi. Bundan energiya — impuls saqlanish qonuni ba­jariladi va e⁺e⁻ -juftligining hosil bo’lishi uchun sharoit yaratiladi. Ikkita γ- kvant birgalikda e⁺e⁻ - juftligini hosil qilishi mumkin:
γ+γ→ e⁺+e⁻ (14)
Elementar zarrachalar fizikasidan ma’lumki, (14) reaksiyaga teskari bo‘lgan protsesslar ham mavjuddir, ya’ni
e⁺+e⁻ → γ+γ (15)
Ko‘rinib turibdiki, ikkita foton e⁺e⁻ - juftligiga yoki aksincha, e⁺e⁻ = juftligi ikkita fotonga aylanishi mumkin ekan. Shuning uchun ham (14) va (15) reaksiyalarni birlashtirib quyidagicha yozish mumkin:
2γ e⁺+e⁻ (16)
Zarracha (elektron e⁻) va antizarracha (pozitron e⁺) larning to‘qnashish protsessi fizikada annigilyasiya deyiladi. Ko‘rinib turibdiki, elektron va pozitronlarning annigilyasiyasidan bo‘lgan ikkita γ-kvantning umumiy energiyasi 2m_ec² dan katta bo’lishi kerak.
Shunday qilib, 1934- yilga kelib oltita elementar zarracha — elektron, foton, proton, neytron, pozitron va neytrinolar mavjud­ligi aniqlandi. Bu zarrachalarning xususiyatlarini o’rganish atom va uning yadrosi haqidagi tasavvurimizni yanada kengaytirib yubordi. Yadro ichida bo‘lib o’tadigan hodisalarni to’g’ri izohlashga yordam berdi.