Foton yorug‘likning elementar zarrasi

Aim.uz

Fotonlar

Foton – yorug‘likning elementar zarrasi deb tasavvur qilinadi. Issiqlik nurlanishi, fotoeffekt hodisalari foton tushunchasi asosida tushuntiriladi. Bu hodisalarni tushuntirishda yorug‘lik energiyasi (ya’ni, elektromagnit energiya) fotonlarda mujassamlangan, yorug‘lik energiyasi fotonlar ko‘rinishida tarqaladi degan fikr asos qilib olingan. Foton energiyasi va tebranish chastotasi orasidagi bog‘lanish E=hv munosabat bilan aniqlanadi. Energiya va massaning ekvivalentqonuni

E  mc^2,		(2.10)
ifodadan foydalanilgan holda foton massasini aniqlash mumkin:
^mf	c^2 h	(2.11)
mf	 h/ c^2

Ikkinchi tomonidan, har qanday zarraning massasi uning tezligi bilan nisbiylik nazariyasi asosida quyidagicha bog‘langan:

m 			m0		(2.12)
1			^2 / c^2

( 2.12) formuladan ko‘rinadiki, zarra harakatsiz (ya’ni, =0) holda bo‘lganda, uning massasi m₀ ga teng, demak m₀ – zarraning tinch holatdagi massasidir. Tajribalarda tinch holatdagi massa m₀ o‘lchanadi, chunki aksariyat hollarda <<c (2.12) munosabat esa katta tezliklar bilan harakatlanayotgan zarralar uchun to‘g‘ri bo‘ladi. U holda yorug‘lik fotoni uchun (2.12) ifoda qanday bo‘lishini ko‘raylik. (2.8) dan

m  m 1^2			/ c^2.			(2.13)
0

Y orug‘lik fotoni uchun =c. (2.11) formuladan m_f ning qiymati chekli kattalik ekanligi ko‘rinadi. Shuning uchun (2.13) ifoda asosida yorug‘lik fotonining tinch holdagi massasi m₀ ning qiymati nolga teng bo‘lishi kerak, degan xulosa chiqadi. Yoki boshqacha aytganda, yorug‘lik fotoni “to‘xtab qolsa”, uning barcha xususiyatlari yo‘qoladi, ya’ni massasi ham, energiyasi ham nolga teng bo‘ladi. Fotonning “to‘xtashi” deganda, uning biror jism tomonidan yutilishi tushuniladi. To‘xtash jarayonida fotonning energiyasi (unga ekvivalent bo‘lgan massasi) yutuvchi jismga o‘tadi. Natijada yutuvchi jismning energiyasi (massasi) mos ravishda ortadi. Demak, yorug‘lik fotonining boshqa zarralardan (masalan, elektron, proton, neytron, atom, molekula va h.k.)dan farqi shundaki, foton tinch holdagi massasiga ega bo‘lmaydi, ya’ni uning tinch holatdagi massasi nolga teng. Foton faqat harakatlanish jarayonida mavjud bo‘lib, uning tezligi yorug‘lik tezligiga teng. Demak, foton harakatlanish jarayonida mavjud bo‘lib, u energiya, massa va impulsga ega bo‘ladi, ya’ni:

energiyasi E=hv; massasi m_f=hv/c²; impulsi R_f=hv/c.

Fotonlarning mavjudligi bir qator tajribalarda tasdiqlandi. Bu tajribalardan biri 1922-yilda A.F.Ioffe va N.I.Dobronravovlar tomonidan o‘tkazilgan tajribadir. Tajriba quyidagicha: yassi kondensatorning A va B qoplamalari orasida zaryadlangan vismut

(Bi) zarrasi «muallaq» vaziyatda turadi (2.8-rasm), ya’ni zarraning og‘irlik kuchi zarraga teskari yo‘nalishda ta’sir etuvchi elektr kuchi bilan muvozanatlashgan bo‘ladi. Kondensator qoplamalaridan biri rentgen trubkasining anodi vazifasini bajaradi. Kichik intensivlikdagi

elektronlar oqimi A anodga kelib urilgach, unda tormozlanadi. Natijada A dan bir sekundda mingga yaqin rentgen impulslari chiqariladi. Bu rentgen nurlari ta’sirida vismut zarrasi 30 minutlar davomida bir marta titrab muvozanatdan chiqqan. Hisoblarning ko‘rsatishicha, shuncha vaqt (30 minut) ichida zarra yo‘nalishida bitta rentgen kvanti

nurlanar ekan. Bu rentgen kvanti zarra bilan to‘qnashgach, fotoeffekt hodisasi yuz beradi, ya’ni zarradan elektron ajralib chiqadi. Elektron ajralib chiqqani uchun zarraning zaryadi o‘zgaradi va u muvozanat vaziyatidan chiqadi. Bunday tajribani shunday tushuntirish mumkin. Bu tajriba rentgen nurlarining jism bilan ta’sirlashuvi kvant xarakterga ega ekanligini tasdiqlaydi. Agar rentgen nurlari to‘lqin tarzida tarqaladi deb qaralsa, zarradan elektronning ajralib chiqishi uchun kerak bo‘ladigan energiya elektronning chiqish ishi qiymatiga yetguncha yig‘ilishi kerak. Tajribada foydalanilgan rentgen nurlarining intensivligi kichik bo‘lganligi uchun, bunday energiya har qancha vaqt o‘tsa ham yig‘ilmas ekan, buni hisoblashlar ko‘rsatadi. V.I.Vavilovning fikriga ko‘ra, yorug‘lik oqimi ayrim fotonlarning yig‘indisidan iborat bo‘lsa, statistik fizika qonunlariga asosan fotonlarning fluktuasiyasi kuzatilishi kerak. Bu fikr 1933-1942 yillarda o‘tkazilgan tajribalarda tasdiqlandi. Bu esa yorug‘likning foton tabiatiga ega ekanligini isbotlovchi yana bir dalildir.