15-Mavzu: Elementar zarralar fizikasi tarixi va tushunchalari Reja

15-Mavzu: Elementar zarralar fizikasi tarixi va tushunchalari


Reja:

1. 
   Elementar zarralar fizikasi tarixi
   
2. 
   Elementar zarralar tushunchalari
   
3. 
   Elementar zarralar xarakteristikalari
   
4. 
   Маssa, spin, Elektr zaryadi
   
5. 
   O’zaro ta’sir turlari
   
6. 
   Zarralar klassifikatsiyasi
   
7. 
   Аdronlar, leptonlar, ta’sir tashuvchilar
   
8. 
   G’alati zarralar. G’alatilik kvant soni
   
9. 
   Maftunkor zarralar. Maftunkorlik kvant soni
   
10. 
    Adronlar va mezonlarning kvark strukturasi
    
11. 
    Kvarklar, glyuonlar xarakteristikalari
    

Qadim zamonlardan inson o’zini o’rab turgan olamni o’rganish va bilishga intilib kelgan. Shu o’rinda barcha mavjud narsalarning asosi bo’lgan elementar tashkil etuvchilar va ularning o’zaro bir-birlari bilan bo’ladigan munosabatlari- o’zaro ta’sirlari to’g’risidagi qarashlar doimo inson aqlini band qilib kelgan.

Fizikaning elementar zarralar fizikasi bo’limi mikrodunyoda, ya’ni elementar zarralar fizikasida ro’y beradigan barcha jarayonlarni, ularning xarakteristkalarini, o’zaro bir-biriga aylanishlarini, ular orasidagi o’zaro ta’sir turlarini o’rganadi.
Mazkur o’quv qo’llanma yuqorida qayd qilib o’tilgan masalalarni o’zida mujassamlashtirgan bo’lib, bakalavrlar dasturi asosida yozilgan va ayni paytda mukammal qo’llanma bo’lib xizmat qila olmaydi. Shu bilan birga, ushbu qo’llanma talabalarning o’z ustida mustaqil ishlashi, adabiyotlardan foydalana bilishi va shu tariqa yetarli bilimga ega bo’la olishi uchun asos bo’lib xizmat qiladi.
Olamning asosi nimadan iborat, ya’ni atrofimizni o’rab turgan barcha mavjudotlar qanday tuzilgan degan savol qadim zamonlardan odamlar ongini band qilib kelgan. Bu savolga birinchi bo’lib, grek faylasuflari javob berishga harakat qilishgan. Ulardan birlari olam 4ta unsur - havo, suv, tuproq, va olovdan tashkil topgan (Anaksimen) deyishsa, boshqalari esa olam strukturaga ega bo’lmagan va eng kichik bo’linmas atomlardan (Demokrit) tuzilgan degan g’oyalarni ilgari surishgan. 19 - asrda Mendeleyev tomonidan elementlar davriy jadvalining tuzilishi, ma’lum ma’noda faylasuflar g’oyalarini tasdiqladi. Lekin olamni Mendeleyev jadvali elementlari orqali tushuntiradigan bo’lsak, uning juda murakkabligini sezamiz. Bu ximiyaviy elementlar xossalarining takrorlanishi ham ularning asosida yanada fundamental tuzilmalar borligini bildiradi. 19 - asr oxirida, aniqrog’i 1896 yili A.Bekkerel tomonidan radioaktivlik hodisasining ochilishi va bu hodisaning keyinchalik keng ko’lamda o’rganilishi elementar zarrralar fizikasida katta yutuq bo’ldi. Shu yildan boshlab, to 1932 yilgacha atom tuzilishi to’laligicha o’rganib bo’lindi va 1932 yildan keyingi davr yadro fizikasi erasi deb ataladigan bo’ldi. Endi to 1932 yilgacha bo’lgan muhim yutuqlarni sanab o’tamiz.
1. Barcha moddalar m o’lchamli neytral zarralar - atomlardan tuzilgan. Bu fakt 19 - asrdayoq to’la tasdiqlangan edi.
2. Lekin, atom qadimgi faylasuflar faraz qilgandek bo’linmas, strukturasiz tuzilma bo’lmay, balki murakkab kvant - mexanik ob’yektdir.
3. Atomning tarkibiy qismi uning elektron qobig’i bo’lib, uning umumiy zaryadi ga teng (1913 y. N.Bor, 1915 - 1916 y. A.Zommerfeld) va shu bilan birga u atomning barcha kimyoviy va fizikaviy xususiyatlarni belgilaydi.
4. Atom markazida o’lchami m ga teng yadro mavjud bo’lib, uning zaryadi ga teng (1911 - 1914 E. Rezerford).
5. Atom yadrosi protonlar - neytronlardan iborat, ya’ni
ta zarralardan iborat.
Bu tasdiq yadroning proton — neytron modelining mazmunini tashkil qiladi (1932 yili D.Ivanenko va Ye.Gapon tomonidan taklif qilingan). Bungacha esa yadroning proton - elektron modeli mavjud bo’lib, unga ko’ra yadro zarradan iborat deb qaralgan. Elektronlarning qobiqlardagi bog’lanish energiyasi eV larda, proton va neytronlarning bog’lanish energiyasi MeV larda o’lchanadi. Shu sababli atom yadrolari turg’un tuzilmadir.
Atom tuzilishi va uning xususiyatlarini o’rganish natijasida atomni tashkil qilgan tarkibiy qismlar ham o’rganila borildi. Elektronning ochilishi 1897 yil bilan belgilanib, uni J. Tomsonning katod nurlarining q/m solishtirma zaryadini o’lchash tajribasi bilan bog’lashadi. Lekin elektronning mavjudligi 1911 yili R.Millikenning uning zaryadini o’lchashi bilan to’la tasdiqlandi.
1919 yili E.Rezerford -azot atomining - zarralar bilan to’qnashishidan hosil bo’lgan -vodorod atomi azot atomiga tegishli degan fikrga keldi, ya’ni +  + . U hosil bo’lgan vodorod atomi yadrosini proton (grekcha protos — birinchi) deb atadi.
1920 yili Rezerford massasi protonga teng va zaryadi nolga teng bo’lgan zarracha mavjud bo’lishini bashorat qildi. Bu zarracha neytron deb ataldi va ancha izlanishlardan so’ng 1932 yili J. Chedvik tomonidan tajribada kuzatildi. U 1930 yili V.Bote va G.Beker tomonidan o’tkazilgan berilliy elementini - zarralar bilan bombardimon qilganda qattiq neytral nurlanish hosil bo’lishi tajribasini takrorladi. Hosil bo’lgan neytral nurlanishning -nurlanish emas, balki neytral massiv zarralar oqimi ekanligini tasdiqladi.
Foton atom tarkibiga kirmaydi va atomdagi elektron o’tishlarda hosil bo’ladi yoki yutiladi. Foton M. Plank tomonidan fanga kiritilgan va A.Kompton tajribalaridan keyingina elementar zarracha sifatida qabul qilindi. M. Plank jismlarning issiqlik nurlatish xususiyatini o’rganish natijasida ularning yorug’likni uzluksiz emas, balki diskret, ya’ni porsiyalar - energiyali kvantlar ko’rinishida yutishi va chiqarishi to’g’risidagi tasavvurni shakllantirdi. Bu tasavvurga asoslanib, A. Eynshteyn fotoeffekt hodisasini tushuntirdi. 1922 yili A. Kompton rentgen nurlarining erkin elektronlarda sochilishida ular chastotasining o’zgarishini kuzatdi va uning nazariyasini yaratdi. Foton to’lqin xususiyatga egaligi, tug’ilish va yutilish xossalari ularni dastlabki davrlarda zarracha deb qabul qilishga imkon bermadi. Lekin tez orada bunday xususiyatlar boshqa zarralar uchun ham xosligi ayon bo’ldi.
Graviton - gravitatsion ta’sir tashuvchisi, elementar zarralar olamida gravitatsion ta’sirining o’ta kuchsizligi sababli, bu zarracha tajribada haligacha kuzatilmagan.
1930 yili P.Dirak tomonidan antizarralar, ya’ni har qanday zarrachaning qarama — qarshi ishorali zaryadga ega bo’lgan jufti mavjudligi aytildi.1932 yili esa K. Anderson tomonidan birinchi antizarracha – tajribada kuzatildi.
1935 yili yapon fizigi X. Yukava tomonidan yadro kuchlari tabiatini tushuntirish uchun pi - mezonlar kiritildi. Zaryadlangan pionlar 1947 yili, neytral pion esa 1950 yili tajribada topildi. 1930 yili K. Anderson va S. Nedermayyer tomonidan myuon (myu - mezon) tajribada kuzatildi. 1930 yili V. Pauli tomonidan parchalanishni tushuntirish maqsadida -neytrino tushunchasi fanga kiritildi. Va 1950 yillarning o’rtalaridagina bu zarracha tajribalarda kuzatildi.
Shunday qilib, 1940 yillar oxiriga kelib elementar zarralar soni 15 tagacha yetdi. Lekin koinot nurlari bilan bo’ladigan jarayonlarni o’rganish va elementar zarralarni tezlashtiruvchi texnikaning taraqqiyoti yanada yangi elementar zarrlarning ochilishiga olib keldi. 1950 yillarning o’zida 15 tagacha yaqin yangi zarralar kashf qilindi, 1960 yillarning o’rtalariga kelib, elementar zarralar soni Mendeleyev davriy sistemasi elementlari sonidan ham oshib ketdi. Bu holat yanada soni oshib borayotgan elementar zarralarning «elementar»ligini, ya’ni haqiqatda ham strukturaga ega emasligini shubha ostiga qo’ydi. Elementar zarra deganda strukturaga ega bo’lmagan va boshqa o’zidan mayda zarraga bo’linmaydigan zarra tushuniladi. Shu sababli, fiziklar hozirgacha elementar zarra deb e’tirof etilgan zarralar aslida elementar bo’lmasdan yanada fundamental, bo’linmas zarralardan tashkil topgan bo’lishi mumkin degan fikrga kelishdi.
Shunday qilib, 1940 yillar oxiriga kelib elementar zarralar soni 15 tagacha yetdi. Lekin koinot nurlari bilan bo’ladigan jarayonlarni o’rganish va elementar zarralarni tezlashtiruvchi texnikaning taraqqiyoti yanada yangi elementar zarrlarning ochilishiga olib keldi. 1950 yillarning o’zida 15 tagacha yaqin yangi zarralar kashf qilindi, 1960 yillarning o’rtalariga kelib, elementar zarralar soni Mendeleyev davriy sistemasi elementlari sonidan ham oshib ketdi. Bu holat yanada soni oshib borayotgan elementar zarralarning «elementar»ligini, ya’ni haqiqatda ham strukturaga ega emasligini shubha ostiga qo’ydi. Elementar zarra deganda strukturaga ega bo’lmagan va boshqa o’zidan mayda zarraga bo’linmaydigan zarra tushuniladi. Shu sababli, fiziklar hozirgacha elementar zarra deb e’tirof etilgan zarralar aslida elementar bo’lmasdan yanada fundamental, bo’linmas zarralardan tashkil topgan bo’lishi mumkin degan fikrga kelishdi.
Endi zarralarni bir-biridan farq qiluvchi xususiyati - ularning xarakteristikalariga to’xtalib o’tamiz. Zarralarni xarakterlovchi kattaliklar - kvant sonlari saqlanish qonunlari asosida yuzaga keladi. Bu saqlanish qonunlari fazo - vaqt simmetriyasi yoki ichki fazo simmetriyalari natijasida yuzaga keladi. Ichki simmetriya o’zaro ta’sir simmetriyasini ifodalaydi va ichki kvant sonlariga olib keladi.