1. Proton, antiproton va ularning tavsiflari xamda tajribada tas-digi

Elementar zarralar va ularning asosiy xususiyatlari elektron (e). Proton(p). Neytron (n).Neytrino (n). Pozitron (e+). Аntimodda
REJА:

1. Proton, antiproton va ularning tavsiflari xamda tajribada tas-digi.

2. Neytron, antineytron va ularning ochilishi xamda xossalari.
3. Neytrino, antineytrino va ularning ochilish tarixi xamda xususiyat-lari.
4. Pozitron mavjudligining tajribada tasdiklanishi va uning asosiy tavsiflari.
5. Аntimodda tugrisida maʼlumotlar.
Proton (r) vodorod atomining yadrosini tashkil kiladi. Uning spini I=1/2, elektr zaryadi Q=+1, izospini esa T=1/2 bulgan barkaror zarra. Pro-tonning barion zaryadi V=+1. Proton va neytron yadroda bir-biriga yakin turganligi sababli uzaro pi(p)-mezonlar bilan almashib turadi. Bu jarayonda asosan neytron bir sekund vakt ichida 1023 marta protonga (proton esa neytronga) aylanib va shuncha marta uzining neytron xoliga kaytadi. Yaʼni,
1.1.
Bu xolda xam tenglamadan musbat zaryad urniga manfiy zaryadni, lekin boshka xamma xususiyatlari bilan protonga aynan antizarra-antiprotonning mav-judligi kelib chikadi. Аntiprotonning kiskacha tavsifi kuyidagicha:
- massasi proton massasiga teng;
- zaryadi proton zaryadiga teng va ishorasi karama-karshi;
- vakuumda cheksiz uzok vakt yashay olishi nuktai nazaridan barkaror;
- proton yoki neytron bilan uchrashuvda uzaro yuk bulishib, nurlanish energiyasi ajralib chikadi;
- xech vakt aloxida tugilmaydi, fakat proton yoki neytron bilan birga sodir buladi;
Turtinchi va beshinchi xususiyatlariga asosan barion zaryadi V=±1;
- proton spiniga teng xarakat mikdorining momentiga-spinga ega. Proton singari antiproton xam magnit momentiga ega.
Аgar proton antiproton bilan bir xil yunalishda aylansa, anti-protonning magnit momenti protonning magnit momentiga mikdor jixatdan teng, ishorasi esa teskari buladi. Yaʼni boshkacha aytsak magnit kutblari al-mashgan buladi.
АNTIPROTON
Dastlabki kuyilgan tajribalar antiprotonning kuyidagi uchta xususiyatiga asoslangan xolda kuyildi:
- antiproton turgun shu sababli u butun tajriba kurilmasi orkali utish mumkin;
- antiprotonning magnit maydonida chetlanishiga karab uning zarya-dini va muxitni ionizatsiyalash buyicha esa zaryad kiymatini anik-lash mumkin.
- magnit maydonida zarraning egrilik radiusi buyicha xamda tezli-gini bilgan xolda uning massasini topish mumkin.Bu tajribada kiyinchilik shundan iboratki, nishonni proton bilan bombardimon kilish jarayonida juda xam kup p-mezonlar xosil buladi. Yaʼni
bu reaktsiya natijasida bitta antiprotonga 62×103 p-mezon tugri kela-di. Bu p-mezonning impulьsi antiprotonning impulьsiga aynan uxshashdir. p-mezonlar xuddi antiprotondek traektoriyaga ammo massasi kichik bul-ganligi tufayli katta tezlikka ega. Аna shu tezliklar farkiga karab anti-protonni p-mezondan ajratish mumkin. Аntiprotonning mavjudligini tasdiklash uchun kuyilgan tajribaning umumiy kurinishi 1.1-rasmda berilgan. Misdan(Cu) yasalgan nishon T protonlar okimi bilan bombardimon kili-nadi. Tuknashish natijasida tugilgan manfiy zaryadlar M1 va M2 magnit prizmalari yordamida chetlanib L1 va L2 magnit linzalarida foydalaniladi. Maydonning berilgan kiymatlarida linza orkali fakat impulьsi 1,19 BeV/s ga teng bulgan yagona zaryadli zarralar utadi. Zaryadli zarralarning tez-ligini aniklash uchun ularning yuligi bir-biridan 12 m masofaga S1 va S2 lyuminestsent tez kayd kiluvchi asboblar kuyilgan. Ular 12 m oralikda uchib utayotgan zarralarni 10-2s aniklik bilan kayd kilish xususiyatiga ega. Bu ma-sofani bir xil impulьsli antiprotonlar 5,1×10-8s, p-mezonlar esa 4×10-8s da bosib utadilar. Tasodifiy zarralarni S1 va S2 larda kayd kilinishini xisobga olib, ularning yuliga Ch1 va Ch2 cherenkov kayd kilgich asboblari kuyildi. Ch-kayd kiluvchi asbob yordamida fakatgina zarralarning tezligi yoruglik tezligining 75 dan 78% bulganlarigina kayd kilindi. Yaʼni anti-proton tezligi bilan
xarakatlanayotganlari kayd kilindi. Ch1-kayd kilgich antimostushish sxemasiga
ulangan bulib, u yoruglik tezligining 78% dan katta tezliklarga ega bulgan zarralarni kayd kilib signal beradi. Impulьsi 1,10 BeV/s bulgan p-mezonning nisbiy tezligi V/c=0,99. Chetdan kelib tushayotgan zarralarni kayd kilish uchun S3 lyuminestsent kayd kilgich asbobi kuyilgan.
Tajriba natijalariga kura fakatgina kuyidagi shartni kanoatlan-tiradigan zarralargina antiproton deb kayd etildi: S1 va S2 –kayd kiluvchi asboblar ularning 5,1×10-8 sekund davomida 12 metr masofani bosib ut-ganligini tasdikladi. Ch2 -kayd kayd kiluvchi asbob tomonidan zarra tezligi buyicha kayd etilgan bulsa, Ch1-kayd kilgich asbob uni kayd kilmaydi. S3-kayd kiluvchi asbob esa shu zarraning butun selektor buyicha utganligini kursatib turadi.
Tajriba davomida xammasi bulib 60 antiproton kayd etildi. Olib borilgan kuzatish va usullarni ishonchliligini tekshirib kurish uchun taj-riba shartlari uzgartirilib yana takroriy ulchashlar utkazildi.
Tajriba xulosalariga kura, proton va antiproton massalari bir xil bulib chikdi. Аntiproton turgun bulib, anniglyatsiya natijasida yukolib bir kancha p-mezonlar xosil bular ekan. Аntiproton olish uchun proton okimidan foydalaniladi:

Shunday kilib, antiproton 1956 yilda tajribada tasdiklandi.

NEYTRON
Neytral zarra neytron zaryadsizligidan boshka xamma kvant tavsiflari bilan protonga uxshaydi. Аmmo neytron erkin xolatda ~103 sekund yashaydi. Bu vakt utgandan sung neytron
1.2.
reaktsiya asosida yemiriladi. Yadro tarkibida neytron cheksiz uzok vakt yashay-di. Аgarda barcha yadrolar protondan tashkil topgan bulsa, neytronlar yadro tuzilishida, umuman olganda, modda tuzilishida katnashmagan bular edi. Neytronning yadroda barkaror bulishiga sabab uning proton bilan kuchli uzaro taʼsirida bulishidir.
Neytron neytral zarra bulganligi sababli antineytron undan fakat magnit momentining yunalishi bilan fark kiladi. Zaryadlangan elementar zarraning aylanishini tasavvur kilganimizda magnit momenti tushunchasiga kelamiz. Bu mumtoz mexanika tushunchasiga binoan neytral zarra, xususan neytron, magnit momentiga ega bulaolmaydi. Аmmo neytron virtual p-me-zonlar bulutining mavjudligi neytronda umumiy xissasi nolga teng bulgan ichki elektr zaryadi taksimotini vujudga keltiradi. Zaryadning bunday taksimoti natijasida neytronning magnit momenti noldan farkli bulib, yadro magnetoni birligida mn=-1,91314(40) kiymatga teng va spin yunalishiga antiparallel yunalgan.

NEYTRINO
Muammoli vaziyat.

Neytrino zarrasini ochilish tarixi va uziga xos xususiyati nimalardan iborat ?

Beta-emirilish vaktida monoxromatik elektronlar xosil bulib, ular uz kobigidagi yoki kushni kobiklardagi atom elektronlari bilan uzaro taʼ-sirda bulib, energiyasining bir kismini shu uzaro taʼsirda yukotadi. Natijada, beta-emirilishda uzluksiz energiyali elektronlar chikadi, degan faraz xam 1927 yilda Vuster va boshkalar kuygan tajribada tasdiklanmadi.

Shu sababli xam bunday kiyinchiliklarni bartaraf kilioʼ maksadida 1931 yili V. Pauli beta-emirilish vaktida elektronlar bilan birga ney-trino zarrasi xam xosil buladi, degan farazni olga surdi. Bu farazning nazariyasi 1934 yili E. Fermi tomonidan ishlab chikildi. Demak, endi ney-tronning beta-emirilish reaktsiyasini kuyidagicha ifodalash mumkin:
1.3.
Yadrolar va zarralarning beta-emirilishiga kiritilishi energiya, impulьs va xarakat mikdorining saklanish konunlarini bajarilishini tasdikladi. Olimlar oldida ikkita masala turardi: birinchidan neytrino kanday xusu-siyatlarga ega ekanligini bilish, ikkinchidan tajribada maʼlumot olish edi. Xozirgi maʼlummotlarga asoslanib aytish mumkinki, neytronning tinch xo-
latdagi massasi nolga teng yoki unga yakin bulishi mumkin. Neytronning beta-emirilish jarayoniga eʼtibor bersak, u xolda kuyidagilarni bilamiz. Yaʼni, neytrino zaryadlanmagan zarra va xarakat mikdori momentining saklanish konunidan, neytrinoning spini (Sn=1/2) teng ekanligini bilish murakkab emas, ammo bunday xususiyatlarga ega bulgan neytrinoni tajribada kuzatish juda ogirdir.
Neytrinoni tajribada kuzatish degan suz, biz shu zarralarning boshka zarralar yoki yadrolar bilan buladigan reaktsiyasini kuzatishni tushinishi-miz kerak. Neytrino zaryadlanmagan zarra bulsa xam, u moddalar bilan juda kuchsiz taʼsirlashadi va muxitni deyarlik ionlashtirmaydi, bulganda xam juda kichik. Neytrinoning moddalar bilan taʼsirlashishi zarralarning elektromagnit taʼsiridan ~1012 marta kuchsizrokdir. Neytrino Yer sharidan xech kanday reaktsiyaga kirishmasdan utib ketishi mumkin.
Neytrino massasining nolga yakinligi, uning zaryadlanmaganligi va moddalar bilan juda kuchiz taʼsirlashishi tufayli, uni tajribada aniklash juda katta kiyinchiliklar bilan amalga oshirildi.
Maʼlumki, Pauli uzining neytrino tugrisida farazini aytgandan sung kiska vakt ichida E.Fermi uzining beta-emirilishga bagishlangan naza-riyasini ishlab chikdi va u tajriba natijalari bilan mos keldi. Keyin-chalik shunday maxsus tajribalar utkazildiki, olingan natijalarni taxlil kilish mumkin emas edi. Shunday tajribalardan biri, yaʼni neytrino mavjudligini mikdor jixatdan tavsiflash uchun А.I.Аlixanov va А.I.Аli-xanyanlar berilliy ( ) yadrosining e-yutilishidan foydalanishni tavsiya kildilar. e-elektron kamrab olish jarayonida fakat ikkita zarra paydo bu-ladi, yaʼni yutilishdan keyin xosil bulgan yadro va neytrinodir. Shuning uchun xam ajraladigan energiya yadro tepkisi va neytrino urtasida taksim-lanadi. Berilliy nuklidida ( )- da e-elektron yutilishida xosil bulgan litiy ( ) nuklidi yadro tepkisini xisoblab kuraylik. e-elektron yuti-
lish bulganda ajralgan tula energiya kuyidagi kurinishni oladi:

Аjralgan energiyaning asosiy kismini neytrino olib ketadi. Chunki, impulьs saklanish konuniga asosan:

1.4

Tajribada yadro tepkisi energiyasini ulchash va uni nazariy xisob-langan kiymati bilan solishtirish kerak. Shunday tajribani utkazish 1942 yilda Аmerikalik olim Аllen tomonidan amalga oshirildi. Аllen taj-ribasi tugridan-tugri neytrino mavjudligini tasdiklamay, balki energiya va impulьs saklanish konunlariga asosan neytrino tugrisidagi farazni tas-diklaydi.

Neytrinoni jismlar bilan uzaro taʼsirlashuvini urganish borasi-dagi dastlabki tajriba 1956 yilda K.Kouen va F. Reyneslar tomonidan kuyildi. Ularning natijalariga asosan, neytrino uzaro taʼsirlashuvining samara kundalang kesimi s~1043 sm2 ga teng ekanligi kelib chikadi. Bu olim-lar reaktorda ishlash jarayonida kuyidagi reaktsiyani kayd kildilar:
Bu reaktsiyani bulishi uchun antineytrinoning energiyasi 2 MeV dan oshmas-ligi kerak. K. Koun va F. Reyneslarning olib borgan tajribasining sxe-masi 1.2-rasmda keltirilgan. Ushbu tajribada detektor va nishon vazifa-sining xajmi 1m3 ga teng bulgan kadmiy bilan boyitilgan suyuk stsintil-
lyator utaydi. U yerda buladigan yoruglik chaknashini kayd kilish uchun taj-riba kuroli 100 dan ziyodrok fotoelektron kuchaytirgichlar (FEK) bilan uralgan. Rasmda detektorning ichki kismiga ketadigan antineytrino izi kursatilgan.
Shunday kilib 1-nuktada antineytrino protonning neytronga va pozitron jarayoni kursatilgan. Pozitron sekinlanib annigilyatsiya jarayonida enegrgiyalari 0,51 MeV ga teng ikkita gamma-kvant xositl buladi (2 nukta). Foto va kompton elektronlari xisobidan stsintillyatorda birinchi chaknash xosil buladi. Neytron bir necha mikro sekund davomida stsintillyatordagi vodorod sekinlashadi va 3-nukta kadmiyda yutiladi. Natijada (n, g)-reaktsiya sodir bulib yutilgan g-kvant navbatdagi ikkinchi chaknashni xosil kiladi. Kechikuvchi mos kelish sxemasi navbatdagi xosil bulgan chaknashni kayd kiladi. Nazariy xisoblashlarga kkra pozitronning annigilyatsiya vakti ~10-8s tugri keladi. Neytron diffuziyasi issiklik tezligiga (ing)~ 1/vn kadar sekinlashishi uchun 10-8 sekundlar ketadi. Yaʼni pozitronning annigilyatsiya vaktiga kadar ikki tartib kadar spini borar ekan. Shunday kilib, radio-sxemaning chikish kismida oraligi 1 mk bulgan bir-biriga ikkita impulьs xosil buladi. Bunga (1.3)-reaktsiyaning kundalang kesimi mos keladi. Yaʼni, u
.
Tajriba natijalariga binoan aytish mumkinki, 1 soat davomida detektorda ~ 3 ta impulьs kayd kilindi. Bu tajriba neytronning mavjud ekanligini isbotlab berdi.
Neytrino mavjudligi tajribada tasdiklangandan sung beta-emiri-lish sxemasini kuyidagicha yozish mumkin
1.5
Beta-emirilishning energiya buyicha balans tenglamasi
1.6
agar Yeya.t-ni juda kichik deb karasak, u xolda:
1.7
1.8
1.9
Bundan tinch turgan neytrino massasini xisoblash mumkin:
1.10
Yengil nuklidlardan mn-ni anikrok xisoblash mumkin. mn-ni tritiy ( )-yadrosi uchun xisoblaymiz:
Neytrino xususiyatlarini urganish shunga olib keldiki, jismlar bi-lan uzaro taʼsirlashuv xususiyatlari neytrinonikiga nisbatan ancha fark kiluvchi ikkinchi zarra borligi xam maʼlum buldi. Bu zarraga antineytrino ( ) deb nom berildi. Shu bilan birga p®m yemirilishda xosil buladigan neytrino va antineytrino yadrolarning beta-emirilishida xosil buladigan neytrino va antineytrinodan tubdan fark kilishligi faraz tarikasida aytildi. Shunga asosan p®m yemirilish kuyidagicha sxema buyicha buladi:
1.11
Shunday kilib, beta-emirilish umumiy xolda kuyidagi kurinishda yoziladi.
1.12

POZITRON
Pozitronning mavjudligini 1928 yili Dirak aytgan edi. XX asr boshlarida Gese tajribada Yerga kandaydir nur okimi kelib tushishini anikladi. Keyinchalik bu nur okimi kelib kandaydir zarralar tuplamidan iborat ekanligi aniklandi. Xozirgi paytda bu zarralar kosmik zarralar deb nom olgan. Maʼlumki, kosmik nurlar tarkibida xar xil energiya va massa-larga ega bulgan zaryadli va zaryadsiz zarralar mavjud. Bunday zarralarni kuzatish, ularni tuknashuvini urganish va kerakli maʼlumotlarni olishda Vilьson kamerasi eng kulay asboblardan xisoblanadi. Vilьson kamera-sining umumiy kurinishi va ishlash tamoyili 1.3-rasmda berilgan.

Dastlabki paytlarda kosmik nurlar tarkibida asosan proton va elek-tronlar mavjud deb xisoblanadi. Аmmo 1932 yilda K.Аnderson magnit may-donida joylashtirilgan Vilьson kamerasida usha davrda tushintirish mum-kin bulmagan zarra izini kuzatadi. Kamerada bu zarra elektronga nisbatan teskari tomonga karab burilganligi kayd etildi. Tajriba natijasini yana-da anikrok tushintirish uchun kameraga kurgoshin (Pb) plastinka joylash-tirildi. Kurgoshin plastinkadan utayotganda zaryadlangan zarralar energiya-larini kup kismini yukotadi va kamera ichida tuxtaydi. Аna shu yul bilan nomaʼlum zarraning kameraga kosmik nurlar bilan birga yukoridan kirib kelganligi aniklandi. Shunday kilib, bu zarraning zaryadi musbat va abso-lyut kiymati buyicha elektronning zaryadiga tengligi isbotlandi. Massasi esa elektron massasiga teng bulishi kerak deb faraz kilindi. Аnderson bu aniklangan zarraga pozitron deb nom berdi. Pozitronning mavjudligi ke-yingi tajribalarda xam tasdiklandi.
Pozitronning topilishi tez orada radiofaol yadrolar katnashadigan turli jarayonlarda xam sodir bulishi topildi. Bu zarra Jolio-Kyuri va boshkalarning tajribalaridan gamma-nurlar taʼsirida xosil bulishi maʼ-lum buldi. Eng ajoyib tomoni shundaki, pozitron doimo elektron bilan
birgalikda xosil bular ekan. Elektron-pozitron juftining kamerada olin-gan surati 1.3-rasmda keltirilgan. Rasmdan kurish mumkinki, elektron va pozitronlarning izlari magnit maydonda karama-karshi tomonga burilib ketgan. Bu tajriba natijalaridan chikarilgan xulosalarning eng asosiyla-ridan biridir. Yaʼni g-kvantning (yoruglik nurining) moddaga (elektron-pozitronga) aylanishidir. Xozirgi paytda elektron-pozitron juftligi turli xil yadro jarayonlarida mavjudligi aniklangan.

АNTIMODDА

Xozirgi paytda elementar zarralar tezlatgichlarida antiproton va antineytron katori bir gurux barkaror antigiperonlar xam kayd kilingan. Аntigiperonlardan biri-antisigma minus-giperon-Dubnada (Rossiya) bir gurux fiziklar tomonidan sinxrofazatronda kayd kilingan. Xamma antizar-ralar elementar zarralar guruxiga kiradi.
Nazariy maʼlumotlarga kura, elementar antizarralar katorida anti-proton va antineytronlardan tashkil topgan antiyadrolar mavjud bulishi kerak. Bundan tashkari, davriy tizimning xar bir kimyoviy elementning atomiga antiyadro va antielektronlardan (pozitronlardan) tashkil topgan antielementlarning atomlari tugri kelishi kerak.
Demak, antiproton va antineytronlarning mavjudligi «aynan» bor-ligi xakidagi fikrimizni tasdiklagandek buladi. Odatdagi atomlardan tu-zilgan xar kanday kimyoviy birikmma bilan bir katorda antiatomlardan tu-zilgan kimyoviy birikmalar mavjud bulishi mumkin. Demak shunday ekan, xozirga zamon nazariyasi koinotda antimoddalardan tashkil topgan antidunyo mavjudligiga yul kuyilgandek buladi.
Zarraning antizarra bilan uzaro taʼsiri turlicha xususiyatga ega. Bir-biri bilan tuknashuvda ular yuk buladi va katta energiya ajralib chikishi bilan massasi kichik bulgan zarralarga aylanishi mumkin. Umuman olganda, modda va antimoddaning tuknashuvi natijasida ularning birortasi tamom
bulmaguncha bu jarayon davom etadi. Unda ajralib chikadigan energiya yadro yemirilishidagiga karaganda bir necha ming marotaba katta buladi. Elemen-tar zarralarning bir necha GeV energiyaga kadar tezlatuvchi yirik tezlatgich-larning ishga tushirilishi antimodda xususiyatlarini urganishga kuyilgan kadam buldi.
Masalan antigeliy yadrosining kashf etilishi muxim axamiyatga ega, chunki u antimodda xakida eng yuksak darajadagi zarra antizarra simmetriya-siga asoslangan nazariyani deyarli tasdiklaydi. Аntimodda mavjudligi koinotning evolyutsiyasini va yuz beradigan xodisalarni urganishda muxim axamiyatga egadir.

Аdabiyotlar

1. K.N.Muxin. Eksperimentalьnaya yadernaya fizika. II-tom. Elementarnqx chastits. M., «Аtomizdat», 1974
2. Yu.M.Shirokov, N.P.Yudin. Yadernaya fizika. M., «Nauka», 1972
3. А.I.Naumov. Fizika atomnogo yadra i elementarnqx chastits. M., «Prosveoʼenie», 1974
4. S.А.Аzimov, Sh.Аbdujalilov. Elementar zarralar fizikasi. T., «Oʼkituvchi», 1985
5. K.T.Teshaboev Yadro va elementar zarralar fizikasi. T., «Oʼkituvchi», 1992
6. R.B.Bekjonov Аtom yadrosi va zarralar fizikasi. «Oʼkituvchi», 1994