15-Mavzu: Elementar zarralar fizikasi tarixi va tushunchalari Reja

Kvarklar xarakteristikalari

Kvark	Belgisi
yuqori (up)
past (down)
g’alati (strange)

Antikvarklar uchun , , , - kvant sonlari va elektr zaryadi - ishoralari qarama-qarshiga o’zgaradi. Endi kvarklar nazariyasiga ko’ra g’alati zarralarning kvark tarkibi va kvant sonlarini qaraydigan bo’lsak, quyidagi umumlashtirilgan va tizimlashtirilgan jadvalga murojaat qilishimiz mumkin. Ma’lumot to’laligini ta’minlash maqsadida sal keyinroq, yani 1975 yilda tajribada kuzatilgan omega-giperon va uning antizarrasiga tegishli kattaliklarni ham keltirdik.

G’alati zarralar xarakteristikalari

Zar-ra	Kvark tarkibi				Anti-zarra	Kvark tarkibi				Massa, MeV	Yashash vaqti, s
	uss
	dss
	sss

Bu jadvalda biz uchun muhimi g’alati zarralar va ularning antizarralarining kvark tarkibidir. Jadvaldan ko’rinib turibdiki, g’alati zarralar simmetriya xususiyatiga ega va ularning tarkibida -g’alati kvark mavjud. Bu kvark -“g’alatilik” kvant soniga ega va bu kvant soni Gell-Mann-Nishidjima munosabatini qoniqtiradigan qilib tanlab olinadi, s – kvark uchun

ifodadan

ga ko’ra, . Demak, g’alati zarraga - g’alatilik kvant soni to’g’ri keladi. G’alati antikvark - ning g’alatilik kvant soni esa ga teng. G’alatilik kvant soni orqali zarralar tabiatidagi g’alatilikni tushuntirish mumkin bo’ladi. Unga ko’ra, bir o’lchamli ichki, yashirin “g’alati” fazo mavjud (izotop fazoga o’xshash). Bu fazoda g’alati zarralar -1 yoki +1 g’alatilik kvant soniga ega bo’ladilar. Ma’lumki, kuchli o’zaro ta’sir eng simmetrik o’zaro ta’sir bo’lganligi uchun bu o’zaro ta’sirda fazolar (geometrik, hamda ichki, yashirin fazolar)ning simmetrik xususiyatlari o’zgarmaydi. Bu simmetrik xususiyatlar o’zgarmasligi asosida esa saqlanish qonunlari buzilmaydi. Shu sababli, (1) ifodalarda aks etgan jarayonlarda hosil bo’lgan g’alati zarralar qarama-qarshi ishorali g’alatilik kvant soniga ega. Oddiy zarralarning g’alatilik kvant soni 0 ga teng va hosil bo’lgan g’alati zarralarning umumiy g’alatiligi ham 0 ga tengligi kuchli o’zaro ta’sirda g’alatilik kvant sonining saqlanishini ( ) ta’minlaydi. Shu sababli ham g’alati zarralar juft-juft bo’lib o’zaro kuchli ta’sirda hosil bo’ladilar. Ularning toq bo’lib hosil bo’lmasligi sababi g’alatilik kvant soninig saqlanmasligidandir. Aynan shu sababdan ham (3) ga o’xshash jarayonlar g’alatilik kvant soni saqlanmaganligi uchun (ikkinchi jadvalga ko’ra, ya’ni g’alatilik kvant soni saqlanmaydi) amalga oshmaydi, (4) jarayon esa - mezon ta’sirlashganda hosil bo’lmaydi. (2) ifodalardagi jarayonlarning sodir bo’lishi esa (g’alati zarralarning oddiy zarralarga parchalanishi) g’alatilik kvant sonining kuchsiz o’zaro ta’sirda saqlanmasligini bildiradi, ya’ni . G’alatilik kvant soni – kuchli va elektromagnit o’zaro ta’sirlarda saqlanadi, kuchsiz o’zaro ta’sir jarayonlarida esa buziladi. Shuni ta’kidlab o’tishimiz kerakki, - va - mezonlarning yashash vaqti aniq o’lchanmaganligi sababli, jadvalda ularning mos holda qisqa yashovchi - va uzoq yashovchi - holatlari yashash vaqtlari keltirilgan.
Shunday qilib, g’alatilik ichki fazosi va uning simmetrik xususiyatlari, shu turdagi zarralar tabiatini tushuntirishda muhim rol o’ynaydi va g’alati zarralar bilan bo’ladigan jarayonlarda asosiy mezon bo’lib xizmat qiladi.
Ma’lumki, elementar zarralar turlari son jihatdan ko’p bo’lib, to’rt xil o’zaro ta’sir ostida turli-tuman jarayonlarda ishtirok qilishadi. Klassik fizikada bo’lgani kabi zarralar olamidagi jarayonlar ham simmetriyalarga asoslangan saqlanish qonunlari bilan boshqarilishini yuqoridagi mavzularda tavsifladik. Klassik fizikadagi saqlanish qonunlari geometrik fazo va vaqtning "simmetrik xususiyatlari" asosida kelib chiqishi va ular absolyut xarakterga ega bo’lishi, ya’ni har qanday o’zaro ta’sirda ham saqlanishi ma’lum. Bundan farqli o’laroq, zarralar olamidagi saqlanish qonunlari taxminiy xarakterga ega bo’ladi, ya’ni ayrim o’zaro ta’sirlarda saqlanib, boshqalarida saqlanmasligi mumkin. Shu bilan birga bu saqlanish qonunlari ichki (yashirin) fazolarning "simmetrik xususiyatlari"dan kelib chiqadi hamda zarralarning izospin, g’alatilik, maftunkorlik kabi ko’plab ichki xususiyatlarini bayon qiluvchi kattaliklarni tushuntirib bera oladi. Shu ma’noda simmetriya tushunchasiga yangicha, fizika nuqtai-nazaridan ta’rif beriladi. Ushbu ta’rif asosida va dastlabki ichki (yashirin) fazo - izotopik fazoning "simmetrik xususiyati" natijasi sifatida izotopik spinning mavjudligi, bu kattalikning barcha zarralar hamda yadrolarga xosligi hamda uning turli o’zaro ta’sirlarda o’zini qanday tutishi qarab chiqilgan. G’alati zarralar va g’alatilik kvant soni ham bir o’lchamli ichki fazo - g’alatilik fazosining "simmetrik xususiyati" orqali tadqiqot ishimizda tadqiq qilingan edi. Zarralar tabiatini o’rganishdagi bunday o’ziga xos yondashuv bu sohaning talabalar tomonidan mukammal o’zlashtirilishiga xizmat qiladi deb o’ylaymiz. Ushbu paragrafda zarralarning yana bir katta guruhi bo’lgan maftunkor zarralar tabiatini simmetriya nuqtai-nazardan tadqiq qilamiz.
Adronlarga fundamental (oddiy) va g’alati zarralardan boshqa maftunkor zarralar deb ataluvchi zarralar ham mansub. Bular alohida tabiatga, maftunkorlik xususiyatiga ega bo’lgan zarralar guruhini tashkil qiladi va ular ishtirokidagi jarayonlarda o’ziga xos qoidalar amal qiladi. Maftunkor zarralarning mavjudligi g’alati zarralardan farqli ravishda oldindan bashorat qilingan va keyinchalik ular tajribada kuzatilgan. Tabiiyki, ularning mavjud bo’lishi zaruriyati nimaga asoslangan va «maftunkorlik» xususiyati nimani anglatadi degan savollar tug’iladi. Bu savollarga javob hamda maftunkor zarralarning tabiati va xususiyatlari haqidagi boshqa ma’lumotlar hozirgi zamon elementar zarralar fizikasi haqida talabalarda to’la va mukammalroq tasavvurlar shakllanishiga imkon yaratadi. Biz mazkur paragrafda ushbu muammolarni bayon etamiz.
Ma’lumki, dastlabki elementar zarra hisoblangan elektron 1897 yili ingliz fizigi Jozef Tomson tomonidan katod nurlarining solishtirma zaryadi - ni o’lchash natijasida kashf qilingan bo’lib, uning mavjudligi 1911 yilda amerikalik fizik Robert Milliken tomonidan (elektron zaryadini o’lchash bo’yicha) o’tkazilgan tajribada uzil-kesil tasdiqlandi. 1937 yilda esa amerikalik fiziklar Karl Anderson va Set Nedermeyerlar tomonidan Vilson kamerasi yordamida o’tkazilgan tajribada koinot nurlari tarkibida - mezon kashf qilindi.
1953-1956 yillarda amerikalik fiziklar Frederik Reynes va Klod Kouenlar tomonidan o’tkazilgan tajribalarda antineytrino tajribada
(1)
jarayon yordamida kuzatildi. Neytrino mavjudligi shveytsariyalik fizik Volfgang Pauli tomonidan 1930 yilda bashorat qilingan edi [14] (italyancha neutrino - kichik neytron). Shu bilan birga F.Reynes va K.Kouenlar tomonidan tajribadan keyin neytrinoning turlari ham bo’lishi mumkinligi aytildi. 1962 yilda Brukxeyven (AQSh) va SERN (CERN – Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire) – Yadro Tadqiqotlari Evropa Markazi (Jeneva shahri yaqinida joylashgan) tomonidan o’tkazilgan tajribalarda
(2)
jarayonlar yordamida ekanligi tasdiqlandi. Natijada neytrinoning ikki turi- - elektron neytrino va - myuon neytrino mavjudligi isbotlandi. Shundan keyin leptonlar (yunoncha «leptos» - nozik, engil) «avlod» yoki «oila»lar ko’rinishida yoziladigan bo’ldi. Bunga ko’ra, elektron - va elektron neytrino - - birinchi avlod leptonlar, myuon - va myuon neytrino- esa ikkinchi avlod leptonlar sifatida belgilanib, ular
, (3)
ko’rinishida yoziladigan bo’ldi. Bundan sal oldinroq, 1953 yilda amerikalik fiziklar Emil Konopinskiy va G. Maxmud tomonidan alohida kvant son – lepton zaryad - fanga kiritildi. Unga ko’ra, leptonlar - - elektron, - manfiy myuon va ularning mos neytrinolari uchun - lepton zaryadi mos qo’yildi, antileptonlar - - pozitron, - musbat myuon va ularning mos antineytrinolari uchun esa lepton zaryad - ga teng qilib olindi, va lepton zaryad har qanday jarayonda saqlanishi zarurligi aytildi. Hozirda esa lepton zaryad kabi belgilanadi va bu holat lepton zaryadi har bir avlod leptonlar uchun alohida saqlanishini bildiradi ( - tau lepton zaryadi – uchinchi lepton avlodi uchun qabul qilingan). – lepton mavjudligi nazariy yo’l bilan oldindan bashorat qilinganiga qaramasdan, tajribada 1975 yilda SERN da o’tkazilgan jarayon yordamida tasdiqlangan.
Shunday qilib, o’tgan asrning 60-yillari boshlarida ikki avlod leptonlar va 3 ta - kvarklar ma’lum edi. Shu sababli ham leptonlar va kvarklar orasida qandaydir bog’liqlik - simmetriya bo’lishi kerak degan fikrga kelindi. Unga ko’ra estetik nuqtai – nazardan leptonlarga o’xshatib kvarklarni ham «avlod», «oila» ko’rinishida yozsak,
, va , deb ifodalashga to’g’ri keladi va simmetrik holat qaror topishi uchun yana bitta kvark etishmasligi ma’lum bo’ladi. Shu sababli 1970 yilda amerikalik fizik Sheldon Gleshou, grek fizigi Jon Iliopulos va italyan fizigi Luchiano Mayani tomonidan 4 - kvark – maftunkor kvark - fanga kiritildi. Bu kvark yangi kvant son – maftunkorlik kvant soni bilan xarakterlanadigan bo’ldi. Shu paytgacha ma’lum barcha (oddiy va g’alati zarralar) kvarklar uchun maftunkorlik kvant soni - , kvark uchun esa bo’lib, maftunkorlik kvant soni kuchli va elektromagnit o’zaro ta’sirlarda saqlanib, kuchsiz o’zaro ta’sirda saqlanmasligi aytildi (g’alatilik kvant soni kabi). Shu bilan birga, - kvarkning massasi boshqa kvarklar massalariga qaraganda kattaligi hamda bu kvark qatnashgan adronlar massalari ham boshqa adronlarga qaraganda katta bo’lib, maftunkor zarralar guruhini (oddiy va galati zarralar kabi) tashkil qilishi bashorat qilindi. -kvarkning kvant sonilari quyidagicha belgilandi.