Elementar zarralar va ularning bir biriga aylanishi

Elementar zarralar va ularning bir biriga aylanishi
Reja
1.Elementar zarrachalar haqida tushuncha. 2.Elementar zarralar va ularning bir biriga aylanishi.
3.Zarralarning asosiy klassifikatsiyasi.

Elementar zarracha (boshqa nomlari:fundamental zarracha, elementar zarra) parchalanishi mumkin boʻlmagan yoki parchalana olishi isbot etilmagan zarrachadir. Standart modelda kvark, lepton va kalibr bozonlar elementar zarracha, deb koʻriladi.

Oʻtmishda adronlar (masalan, proton va neytron) va hatto atomlar elementar zarracha, deb hisoblangan; biroq keyinchalik ularning kichikroq zarrachalardan tashkil topgani ayon boʻldi. XX asrda elementar zarrachalar nazariyasiga kvant tushunchasi kiritildi; bu tushuncha elektromagnetizmda inqilob yasab, kvant mexanikasi sohasi yaratilishiga sabab boʻldi. Dastlabki maʼnosiga koʻra, Elementar zarracha materiya tuzilishining boshlangʻich boʻlinmas elementlaridir. Elementar zarrachadan birinchi boʻlib manfiy elementar elektr zaryadli elektron (ye~) kashf qilingan (J. Tomson, 1897). 1919-yilda E. Rezerford (atom yadrosidan urib chiqarilayotgan zarralarni oʻrganishda) musbat zaryadli va elektron massasiga qaraganda 1840-marta katta massali proton 0)ni kashf qildi. Ingliz fizigi J. Chedvik zarralarning berilliy bilan oʻzaro taʼsirini oʻrganishda neytral zarra — neytron (p) ni kashf qidsi (1932). Neytronning massasi protonning massasiga juda yaqin. Bu uchta zarra (elektron, proton va neytron) atom tuzilishida qatnashadi. Hozirgi paytda maʼlumki, boʻlinmas Elementar zarracha hisoblangan proton va neytron murakkab tarkibiy tuzilishga ega.
1900-yilda M. Plank mutlaq qora jism nurlanishi energiyasidan kvantlangan deb foton tushunchasiga asos soldi. Keyinchalik A. Eynshteyn elektromagnit nurlanish fotonlar tarzida yuz berib, muhitda tarqaladi va yutiladi deb fotonning hozirgi zamon tushunchasini yaratdi. Fotonlarning mavjudligi R.Milliken (1912—15) va R.R. Kompton (1922) oʻtkazgan tajribalarda tasdiqlandi.
P. Dirak oʻzi yaratgan elektronning relyativistik nazariyasidagi (1928—31) harakat tenglamasining simmetriyasiga asoslanib, massasi elektron massasiga teng, lekin musbat zaryadli zarra — pozitron (ye+) ning tabiatda mavjudligini nazariy ochgan boʻlsa, amerikalik fizik K.D. Anderson uni kosmik nurlar tarkibida qayd qildi (1932). Mavjudligi yapon fizigi X. Yukava tomonidan yadro kuchlar tabiatini tushuntirishda taxmin qilingan (1935) va massasi 274 elektron massasiga teng boʻlgan neytral musbat va manfiy zaryadli pimezonlarnn ingliz fizigi S.Pauell kosmik nurlar tarkibida aniqladi (1947). K.D. Anderson va amerikalik fizik S. Nedermeyer kosmik nurlar ustidagi tadqiqotlari jarayonida massasi taxminan 207 elektron massasiga teng, boshqa xossalari bilan elektronga oʻxshash musbat va manfiy zaryadli myuonlarni kashf qildilar (1936).
Elementar zarrachaga oid kosmik nurlarni oʻrganish bilan bogʻliq kashfiyotlar 50-yillarning boshida qayd qilingan gʻalati xususiyatli bir guruh zarralar — Kmezonlar va giperonlar kashf qilinishi bilan yakunlandi. Keyingi tadqiqotlar Elementar zarracha tezlatkichlarida oʻtkazilib, yuzdan ortiq yangi Elementar zarracha va ularning antizarralari kashf qilindi. Jumladan, P. Pauli nazariy (1930), F.Raynes va K. Kouen tajribada qayd qilgan (1953) neytrino (neytral zarra)ning ikki xili — elektron neytrinosi USva myuon neytrinosi V mavjudligi aniqlandi.
Juda qisqa vaqt yashovchi rezonans Elementar zarracha qayd qilindi. Elementar zarrachaning xilmaxil xususiyatlarini ifodalash uchun qator yangi kvant sonlari (mas, lepton zaryadi, barion zaryadi, giperzaryad, ajiblik, maftunlik va h.k.) kiritildi.
azariyasinn rivojlantirElementar zarracha nazariyasining yaratilishi maydonning kvant nish yoʻli bilan bordi. Elementar zarrachaning massasi t, elektr zaryadi £>, yashash vaqti t va spini 1 ularning umumiy xarakteristikalaridir. Elementar zarracha yashash vaqtiga qarab barqaror (">), kvazibarqaror (yoki metabarqaror, yaʼni barqarordan keyingi; >>10~22— 10~24sek) guruhiga ajraladi. Elementar zarracha spini Plank doimiysi N ning butun yoki yarim butun soniga teng. Bir xil zarralardan tashkil topgan ansamblda spin qiymati Elementar zarracha statistikasini ifodalaydi (V. Pauli, 1940). Yarim butun spinli Elementar zarracha — fermionlar Fermi — Dirak statistikasiga, butun spinli Elementar zarracha — bozonlar esa Boze — Eynshteyn statistikasiga boʻysunadi. Jumladan, eng yengil zarralar ikki tipdagi lepton zaryadi ga; elektron va elektron neytrinosi — elektron lepton zaryadiga, manfiy zaryadli myuon va myuon neytrinosi — myuon lepton zaryadiga ega. Leptonlardan ogʻir zarralar — adronlar uchun lepton zaryadlari nolga teng. Adronlar maxsus barion zaryadi (V) bilan ifodalanadi. V=+1 boʻlgan adronlar barionlar, V=0 boʻlgan adronlar mezonlar deb yuritiladi (barionlarga proton, neytron, giperonlar, barion rezonanslari; mezonlarga k va L^mezonlar, bozon rezonanslari kiradi).
Elementar zarrachaning oʻzaro taʼsirlashuv jarayonlarida tugʻilish va yoʻqolish (yutilish) xususiyati ularning eng muhim xossasidir. Elementar zarrachada oʻtadigan hamma fizik jarayonlar ularning tugʻilish va yoʻqolish aktlari orqali oʻtadi. Elementar zarrachada tugʻilish va yoʻqolishning mavjudligi Elementar zarracha elementar emasligini, ularning tarkibiy tuzilish xarakteri oʻzaro taʼsirlashuv jarayonlaridagina namoyon boʻlishini koʻrsatadi.
Zamonaviy tezlatkichlarda zarralarni yuqori energiyalargacha tezlatish imkoniyati elementar zarralarni o'rganishga keng sharoitlar yaratib berdi. Xususan, antiproton va antineytronlarni kashf etilishi sinxrofazotronda yuqori energiyali protonlar oqimini hosil qilish bilan bog’liq. Umuman, 1932 yilda elektronning antizarrasi pozitron kuzatilgandan so'ng, barcha elementar zarralarning antizarralari ham bo'lishi lozim, degan fikr fizikada mustahkam o'rin oldi. Lekin antiproton 23 yildan so'ng, ya'ni 1955 yilda Chemberlen, Segre, Vigand va Ipsilantis amalga oshirgan tajribada qayd qilindi. Ular 6,3 GeV gacha tezlatilgan protonlar bilan mis nishonni nurlatdilar. Bunda yuqori energiyali proton mis yadrosining tarkibidagi biror nuklon bilan ta'sirlashadi va quyidagi reaksiyalardan biri amalga oshadi: р + р  р + р + р + р ~ yoki р + n  р + n + р + р ~ - . Antiprotonning elektr zaryadi manfiy, xususiy magnit momenti mexanik momentga teskari yo'nalgan. Xuddi elektron va pozitron kabi proton va antiproton o'zaro annigilyatsiyalanadi. Antiproton neytron bilan to'qnashganda ham annigilyatsiyalanishi mumkin. Bir yildan so'ng, ya'ni 1956 yilda (Kork va Lambertson) antineytron kashf qilindi. Antineytronning xususiy magnit momentining yo'nalishi mexanik momentning yo'nalishi bilan bir xil. U proton yoki neytron bilan to'qnashganda annigilyatsiyalanishi mumkin.
Keyinchalik ( 1965-1966 y.) eng oddiy yadrolar deyteriy va tritiylarning antiyadrolari antideyteriy va antitritiylar kuzatildi. Hozirgi vaqtda deyarli barcha zarralarning (foton,  0 ,  - mezonlar,    - va T-zarralardan tashqari) antizarralari mavjudligi aniqlangan. Antizarrani belgilash uchun zarraning belgisidan foydalaniladi, faqat belgi tepasiga to'lqinli chiziqcha qo'yiladi. 4.1-jadvalda elementar zarralar va ularning antizarralari keltirilgan. Jadvaldan ko'rinishicha, barcha zarralar to'rt gruppa shaklida joylashtirilgan. Birinchi gruppaga o'zining xususiyatlari bilan boshqa zarralardan ajralib turadigan maydon kvantlari - glyuonlar, foton, oraliq bazonlar va gravitonlar kiradi. Leptonlar gruppasi massalari 207 elektron massasidan kichik bo'lgan yengil zarralardan tashkil topgan. Mezonlar gruppasiga kirgan zarralarning massalari esa leptonlardan og’irroq, lekin barionlar gruppasidagi zarralardan yengilroq. Shuning uchun ularni o'rta massali zarralar gruppasi desa ham bo'ladi. Mezonlar va barionlar birgalikda umumiy nom bilan adronlar (kuchli ta'sirlashuvchi zarralar) deb nomlanadi. Zarralarni gruppalarga ajratishda ularning faqat massalari emas, balki boshqa xususiyatlari ham e'tiborga olingan. Masalan, leptonlar va barionlarning spinlari 1/2 ga (omega - giperonning spini 3/2 ga teng), mezonlarniki 0 ga, fotonniki esa 1 ga teng. Zarralar yana bir xususiyati bilan bir-biridan farqlanadi. Bu xususiyat - zarralar orasidagi ta'sir xarakteridir. O'zaro ta'sirning to'rt turi mavjudligini yuqorida ko'rsatib o'tdik
Barionlar va mezonlar gruppalariga oid zarralarda kuchli o'zaro ta'sir namoyon bo'ladi. Ba'zi zarralar bir vaqtning o'zida bir necha o'zaro ta'sirda qatnashish qobilyatiga ega. Masalan, proton boshqa zarralar bilan kuchli, elektromagnit, kuchsiz o'zaro ta'sirlarda bo'la oladi. Keyingi yillarda kuchli o'zaro ta'sirda qatnashadigan zarralar oilasi rezonanslar deb ataladigan zarralarning katta gruppasi bilan to'ldi. Rezonanslarning yashash davomiyligi (10221023) s chamasida. Birinchi marta rezonanslarni 1952 yilda E. Fermi pi-mezonlarning protonlarda sochilishini tekshirish jarayonida kuzatgan. Mazkur tajribada π- mezonlarning sochilish ehtimolligini ularning energiyasiga bog’liqligini ifodalovchi grafikda keskin maksimum kuzatildi. Bu maksimum xuddi mayatnikning majburiy tebranishida yuz beradigan rezonans hodisasidagi maksimumga o'xshaydi. Kashf etilgan zarrani rezonans deb atalishi ana shundan kelib chiqqan. Umuman, rezonansni zarra yoki pi - mezonning nuklonga "yopishgan" holati deb talqin qilish hozircha hal qilinmagan. Balki, nihoyat qisqa vaqtlar davomiyligida (rezonans uchun  10221023s) zarra va pi- mezonning nuklonga "yopishgan" holati tushunchalarining farqi yo'qdir. Biroq kashf qilingan rezonanslar soni anchagina bo'lib qoldi va ularni qo'shib hisoblaganda elementar zarralar soni uch yuz ellikdan ortib ketdi. Hozirgi zamon tasavvurlariga asosan, ma'lum bo'lgan boshqa zarralardan tashkil topmagan zarrani elementar deb atash mumkin, xolos. Masalan, vodorod atomi proton va elektrondan iborat. Shuning uchun uni elementar zarra deb bo'lmaydi. Balki vadorod atomi elementar zarralardan tashkil topgan sistemadir. Neytron-chi? Neytron n  р + e +  e ~ sxema bo'yicha yemiriladi, lekin u proton, elektron va antineytrinodan iborat sistema emas, bu zarralar neytron yemirilayotgan lahzada vujudga keladi (xuddi yadroning uyg’ongan holatidan asosiy holatga o'tishida foton hosil bo'lganidek). Shuning uchun hozirgi tasavvurlarga asosan neytron elementar zarradir. Biroq shunga qaramay, olimlar ma'um elementar zarralardan ham elementarroq zarralar mavjud emasmikan? degan savolga javob qidirmoqdalar. Ba'zi nazariyotchi fiziklarning fikricha, tabiatda hali kashf qilinmagan zarralar mavjudki, bu zarralardan hozircha elementar deb atalayotgan zarralar tashkil topgandir. Har bir elementar zarra uning o'ziga xos o'zaro ta'sirlardan tashqari bir qator fizik xarakteristikalarga ega bo'lib, ularga mos fizik kattaliklarning qiymatlari diskretkvantlashgandir (saqlanish qonunlari mavjud): a)umumiy xarakteristikalar: massa m, yashash vaqti , spin Sz, elektr zaryad q; b) "ichki kvant sonlar": lepton zaryad L, barion zaryad B, "g’alatilik" S, "maftunkorlik" C, "go'zallik" b, izotopik spin I, ichki juftlik P. Elementar zarralarning eng muhim xususiyatlaridan biri shuki, ular tug’ilishi va yo'qolishi hamda bir-birlariga aylanishlari mumkin. Shuni alohida ta’kidlash joizki,
yangi hosil bo'ladigan zarrachalar dastlabki zarrachalar tarkibida mavjud bo'lmasdan, balki ularning bevosita to'qnashish (sochilish) yoki yemirilish jarayonlarida tug’iladi. Masalan, "annigilyatsiya" - е - + е +  2 , "qayta zaryadlanish" - ~ p +р  ~ n +n , "yemirilish" -  -  е - + ~   e   ,  + e + +   e   ~ (  10-6 s),  + + +   ,  -  - + ~   (  10-8 s) Elementar zarralarning aynan bir-birlariga aylanish jarayonlarida ilgari ma'lum bo'lmagan zarrachalarning ochilish ehtimolligi eng yuqoridir. Buning uchun oldindan ma'lum turqun zarralarni mumkin qadar yuqori energiyada bir-birlari bilan to'qnashtiradilar. So'ngra bunda kechadigan reaksiya maqsulotlari va hosil bo'lgan yangi zarrachalarni yemirilish fragmentlari tadqiq etiladi. Masalan,  - +р  К + +  - ,  - +р  К + +  - , reaksiyalarda "g’alati" zarralar: K+ - mezon,  - va  о - giperonlar kashf qilingan
Zarralarning asosiy klassifikatsiyalari. Elementar zarralarning ta’sirlashuvi. Zamonaviy tasavvurlarga ko’ra, tabiatda to’rt xil fundamental ta’sirlashuv mavjud. Bular kuchli, elektromagnit, kuchsiz va gravitatsion ta’sirlashuvlardir. Bu ta’sirlashuvlarning har birini amalga oshiruvchi zarralar va har biriga mos keluvchi o’z maydonlari mavjud. Kuchli yoki yadroviy ta’sirlashuv. Bu ta’sirlashuv atom yadrosidagi nuklonlarning (proton va neytron) aloqasini ta’minlaydi va yadroni bir butun mahsulot sifatida saqlab turadi. Aynan uning sharofati bilan moddalarning barqarorligi ta’minlanadi. Kuchli ta’sirlashuv atom yadrosining radiusiga teng ~ 10-15 m masofada namoyon bo’la boshlaydi. U nuklonlar o’rtasida π-mezonlar almashinuvi bilan amalga oshiriladi. Elektromagnit ta’sirlashuv. Bunday ta’sirlashuv barcha elektr zaryadiga eng zarralar orasida mavjud. U kuchli ta’siridan 137 marta kuchsiz. Ta’sir radiusi cheklanmagan. Elektromagnit maydon energiyasini tashuvchi zarra foton vositasida amalga oshiriladi. U atomning mavjudligini ta’minlaydi. Eng batafsil o’rganilgan ta’sirlashuv hisoblanadi. Kuchsiz ta’sirlashuv. Asosan elementar zarralarning parchalanishida namoyon bo’ladi. Β – yemirilish, μ – yemirilish kuchsiz ta’sirlashuvga yaxshi misol bo’ladi. U kuchli ta’sirdan 1014 marta kuchsiz bo’lib, oraliq bozonlari (z, w) vositasida amalga oshiriladi. Fotonlar. Bu guruh faqat bitta zarra – elektromagnit nurlanish kvanti fotondan iborat. Leptonlar. Leptonlar (“leptos” yunoncha – yengil ma’nosini anglatadi) elektromagnit va kuchsiz ta’sirlarda ishtirok etadi. Leptonlarga elektron, myuon va tay neytrinosi, elektron, myuon, tay-lepton va ularning antizarralari kiradi. Mezonlar. Massasi 207 elektron massasidan katta, ammo proton massasidan kichik bo’lgan zarralar mezonlar guruhini tashkil qiladi. Barionlar. Og’ir zarralar. Ular protondan boshlanadi va nuklonlar, giperonlarni o’z ichiga oladi. Barcha ta’sirlashuvlarda ishtirok etadi
Shu bilan birga, spinning qiymatiga qarab zarralar fermionlarga (spini S = 2 1 bo’lgan zarralar) va bozonlarga (spini S = 0 yoki butun S = 1 bo’lgan zarralar) bo’linadi. Yashash davriga qarab, zarralar barqaror va beqaror zarralarga ajratiladi. Kvarklar. Materiyaning eng kichik g’ishtchalari hisoblangan elementar zarralar murrakab tuzilishiga ega ekanligi ma’lum bo’lgandan so’ng, materiyaning haqiqatdan eng kichik g’ishtchalarini izlash muammosi vujudga keldi. Agar shunday zarralar mavjud bo’lsa, hozirgacha bizga ma’lum bo’lgan va murrakab tuzilishga ega bo’lgan barcha zarralar ulardan tashkil topgan bo’lishi kerak. 1964-yilda amerikalik fizik M.Gell-Mann va D.J.Sveyglar mezonlar va barionlar kvarklar deb ataluvchi sodda zarralardan tashkil topganligi to’g’risidagi gipotezani taklif qildilar. Bu gipotezaga muvofiq, barionlar uchta: u, d, s kvarklardan, antibarionlar esa antivarklardan tashkil topgan. Bu kvarklar yarim spinga ega bo’lishlari, zaryadlari esa elektron zaryadining 3 1 va 3 2 qismiga teng bo’lishi kerak. Keyinchalik yana ikkita: c “maftunkor” (inglizcha “charm”) va b “go’zal” (inglizcha “beauty”) kvarklari antikvarklari bilan birga kiritiladi. Zamonaviy gipotezalarga ko’ra, kvarklar ham leptonlar kabi oltita bo’lishi kerak. Lekin t “haqiqiy” (inglizcha “truth”) kvarkning mahsulini topish maqsadida qilinayotgan barcha urinishlar hozircha hech qanday natija bermadi. Shu bilan birga kvark va antikvarklarning kombinatsiyalari mavjud mezonlarning barchasini vujudga kelishini tushuntirib bera oladi. Shu nuqtayi nazardan qaraganda, kvarklar hech qanday ichki tuzilishga ega emas va ularni chin ma’noda elementar zarralar deb hisoblash mumkin.

Xulosa:
Men bu mustaqil ish mashg'ulotidan shularni o'rgandimki elementar zarrachaga oid kosmik nurlarni oʻrganish bilan bogʻliq kashfiyotlar 50-yillarning boshida qayd qilingan gʻalati xususiyatli bir guruh zarralar — Kmezonlar va giperonlar kashf qilinishi bilan yakunlandi. Keyingi tadqiqotlar Elementar zarracha tezlatkichlarida oʻtkazilib, yuzdan ortiq yangi Elementar zarracha va ularning antizarralari kashf qilindi. Jumladan, P. Pauli nazariy (1930), F.Raynes va K. Kouen tajribada qayd qilgan (1953) neytrino (neytral zarra)ning ikki xili — elektron neytrinosi USva myuon neytrinosi V mavjudligi aniqlangan shular men uchun yangi malumotlar boldi.

Foydalanilgan adabiyotlar 1. Р.Б.Бекжонов. Атом ядроси ва зарралар физикаси T.1995. 1-боб. 2. К.Т.Тешабоев. Ядро ва элементар зарралар физикаси. T.1992. 3. К.Н.Мухин. Эксперименталная ядерная физика. T.1, M.1974. 4. Ю.М.Широков, Н.П.Юдин. Ядерная физика. M.1980. 5. Д.С.Сивухин. Обший курс физики. M.1989. 6. А.И.Наумов. Физика атомного ядро и элементарных частиц. M. 1984. 7. П.Э.Колпаков. Основы ядерной физики. M.1969. 8. П.А.Тишкин. Эксперименталные методы ядерной физики. ЛГУ. 1970. 9. А.Б.Холикулов, Т.М.Муминов, Ш.Х.Хушмуродов. Ядро ва зарралар физикаси. Самарканд, 2001 й.