Kvarklar va ularning xususiyatlari. Reja: I. Kirish

Kuchli о‘zaro ta’sir. Bu turdagi о‘zaro ta’sir yadrodagi nuklonlar aloqasini ta’minlaydi. Kuchli о‘zaro ta’sir konstantasi qiymati 10 ga teng. Ushbu о‘zaro ta’sir paydo bо‘ladigan masofa taxminan 10^-15 m.


Elektromagnit о‘zaro ta’sir. О‘zaro ta’sir konstantasi 1/137≈10^-2 . Ta’sir radiusi cheklanmagan, ya’ni r = ∞.


Kuchsiz о‘zaro ta’sir. Bu о‘zaro ta’sir hamma turdagi β-parchalanishlar, (e-qamrash), kо‘p elementar zarralar parchala-nishlarini, shuningdek neytrinoning modda bilan bо‘ladigan о‘zaro

ta’sirlashuvlarini о‘z ichiga oladi. О‘zaro ta’sir konstantasi

10^-14 kattalik tartibida. Kuchsiz о‘zaro ta’sir qisqa ta’sir qiluvchidir, ya’ni ta’sir masofasi cheklangan.
Gravitatsion о‘zaro ta’sir. О‘zaro ta’sir konstantasi 10^-39 tartibdagi qiymatga egadir. Ta’sir masofasi cheklanmagan, ya’ni r=∞. Ushbu о‘zaro ta’sir ostida hamma elementar zarralar bо‘ladi. Lekin mikrodunyo jarayonlarida, ushbu о‘zaro ta’sir sezilarli rol о‘ynamaydi.

Ushbu jadvalda о‘zaro ta’sir konstantalari va ta’sirlar hisobiga parchalanadigan zarralar yashash vaqti keltirilgan.

		7.1-jadval.
О‘zaro ta’sir turlari	О‘zaro ta’sir	Yashash vaqti, t
	konstantasi
Kuchli	1	10-23
elektromagnit	10^-2	10-23
kuchsiz	10-14	10^-8
gravitatsion	10-39	-

Elementar zarralar odatda 4 ta sinfga bо‘linadi. Ulardan birinchisi sinfga faqat bitta zarra, foton kiradi. Ikkinchi sinfni leptonlar, uchinchi sinfni mezonlar va nihoyat tо‘rtinchi sinfni esa barionlar hosil qiladi. Mezonlar va barionlar kо‘pincha birgalikda kuchli о‘zaro ta’sir qiluvchi zarralar sinfi bо‘lgan adronlar deb nomlanuvchi zarralar sinfini hosil qiladi.

Elementar zarralar

L eptonlar 1 2 3 4 Fotonlar

Mezonlar Barionlar

Adronlar
Sanab о‘tilgan zarralar sinfining qisqa xarakteristikasini keltiramiz:

1. 
   Fotonlar γ (elektromagnit maydon kvanti) elektromagnit о‘zaro ta’sirda ishtirok etadi. Lekin kuchli va kuchsiz о‘zaro ta’sirda qatnashmaydi. Fotonlar massa va zaryadi nolga teng. Spini 1 ga teng, ya’ni bozondir.
   

2. 
   Leptonlar, lotincha “leptos” sо‘zidan olingan bо‘lib, “yengil” degan ma’noni anglatadi. Bular qatoriga kuchli о‘zaro ta’sirda
   

qatnashmaydigan zarralar, ya’ni elektronlar (e^-, e⁺), myuonlar ( μ^- , μ⁺ ), og‘ir tau-lepton ( τ^- , τ⁺ ), shuningdek elektron neytrino (νe, ν˜e), myuon neytrino (νμ , ν˜μ) va tau-neytrino (ντ, ν˜τ ) lar kiradi. Hamma leptonlar 1/2 spinga ega bо‘lib, fermion hisoblanadi va kuchsiz о‘zaro ta’sirga ega. Bularga elektronlar va myuonlar kiradi. Leptonlarning barion zaryadi nolga teng bо‘lib, lepton zaryadga egadir.

3. 
   Mezonlar bu kuchli о‘zaro ta’sir qiluvchi nostabil (noturg‘un)
   

zarralar bо‘lib, barion zaryadi nolga teng. Bular qatoriga mezonlar

yoki pionlar (π+ , π- , π0 ), K-mezonlar yoki kaonlar (Κ+, Κ-, Κ0, Κ˜) va eta-mezon ( η) kiradi. Mezonlarning lepton zaryadi nolga

teng. Hamma mezonlarning spini nolga teng, ya’ni ular bozonlar hisoblanadi.

Mezonlarning leptonlardan farqi shundan iboratki, kuchli va elektromagnit (agar zaryadlangan bо‘lsa) о‘zaro ta’sirda ham qatnashadilar.

4. 
   Barionlar sinfi о‘ziga nuklonlar (p,n) va massasi nuklonlar massasidan katta bо‘lgan nostabil zarralar – giperonlar ( Λ, Σ⁺ , Σ⁰, Σ^- , Ξ⁰, Ξ^-, Ω^- ) ni birlashtiradi. Hamma barionlar kuchli о‘zaro ta’sirga egadir. Hamma barionlar spini 1/2 ga teng bо‘lib, ular fermion hisoblanadi. Protondan tashqari hamma barionlar nostabil zarralar hisoblanadi. Barion parchalanganda boshqa zarralar qatori albatta barion hosil bо‘ladi, ya’ni barion zaryad saqlanish qonuni bajariladi.
   

Yuqorida sanab о‘tilgan zarralardan tashqari, kо‘p sonli kuchli о‘zaro ta’sir qiluvchi qisqa yashovchi zarralar ham topilgan bо‘lib, ularni rezonanslar deyiladi. Bu zarralar ikki yoki undan ortiq elementar zarralardan hosil bо‘lgan rezonans holatlardir. Rezonanslar yashash vaqti taxminan 10^-23 – 10^-22 sekundga teng.

Mezon va barionlar kuchli о‘zaro ta’sirda qatnashuvchi zarralar bо‘lgani uchun ularni bitta sinfga birlashtirib, adronlar deb ham nomlanadi. Adron sо‘zi yunoncha “adros” so‘zidan olingan bo‘lib, ya’ni yirik, katta degan ma’noni anglatadi.

Olamning asosi nimadan iborat, ya’ni atrofimizni о‘rab turgan barcha mavjudotlar qanday tuzilgan degan savol qadim zamonlardan odamlar ongini band qilib kelgan. Bu savolga birinchi bо‘lib, yunon faylasuflari javob berishga harakat qilishgan. Ulardan birlari olam 4 ta unsur-havo, suv, tuproq va olovdan tashkil topgan (Anaksimen) deyishsa, boshqalari esa olam strukturaga ega bо‘lmagan va eng kichik bо‘linmas atomlardan (Demokrit) tuzilgan degan g‘oyalarni ilgari surishgan. XIX asrda Mendeleyev tomonidan elementlar davriy jadvalining tuzilishi, ma’lum ma’noda faylasuflar g‘oyalarini tasdiqladi. Lekin olamni Mendeleyev jadvali elementlari orqali tushuntiradigan bо‘lsak, uning juda murakkabligini sezamiz. Bu kimyoviy elementlar xossalarining takrorlanishi, ularning asosida yanada fundamental tuzilmalar borligini bildiradi.

XIX asr oxirida aniqrog‘i 1896-yili A.Bekkerel tomonidan radioaktivlik hodisasining ochilishi va bu hodisaning keyinchalik keng kо‘lamda о‘rganilishi elementar zarralar fizikasida katta yutuq bо‘ldi. Shu yildan boshlab, to 1932-yilgacha atom tuzilishi tо‘laligicha о‘rganib bо‘lindi va 1932-yildan keyingi davr yadro fizikasi erasi deb ataladigan bо‘ldi. Endi to 1932-yilgacha bо‘lgan muhim yutuqlarni sanab о‘tamiz.

1. 
   Barcha moddalar 10^-10 m о‘lchamli neytral zarralar-atomlardan tuzilgan. Bu fakt XIX asrdayoq tо‘la tasdiqlangan edi.
   

2. 
   Lekin atom qadimgi faylasuflar faraz qilgandek bо‘linmas, strukturasiz tuzilma bо‘lmay, balkim murakkab kvant-mexanik obyektdir.
   

3. 
   Atomning tarkibiy qismi uning elektron qobig‘i bо‘lib, uning umumiy zaryadi - Ze ga teng (1913 y. N.Bor, 1915-1916y. Zommerfeld) va shu bilan birga u atomning barcha kimyoviy va fizikaviy xususiyatlarini belgilaydi.
   

4. 
   Atom markazida о‘lchami ^-15 m ga teng yadro mavjud bо‘lib, uning zaryadi Ze ga teng (1911-1914 y. Rezerford).
   

5. 
   Atom yadrosi Z protonlar A-Z-neytronlardan iborat, ya’ni Zp  (A-Z)nA ta zarralardan iborat.
   

Bu tasdiq yadroning proton-neytron modelining mazmunini tashkil qiladi (1932-yili D.Ivanenko va Y.Gapon tomonidan taklif qilingan). Bungacha esa yadroning proton - elektron modeli mavjud bо‘lib, unga kо‘ra yadro Ap  (A-Z)e^-(2A-Z) zarradan iborat deb qaralgan.

Elektronlarning qobiqlardagi bog‘lanish energiyasi eV larda, proton va neytronlarning bog‘lanish energiyasi MeV larda

о‘lchanadi. Shu sababli atom yadrolari turg‘un tuzilmadir.

Atom tuzilishi va uning xususiyatlarini о‘rganish natijasida atomni tashkil qilgan tarkibiy qismlar ham о‘rganila borildi. Elektronning ochilishi 1897-yil bilan belgilanib, uni J. Tomsonning katod nurlarining qm-solishtirma zaryadini о‘lchash tajribasi bilan

bog‘lashadi. Lekin elektronning mavjudligini 1911-yili R.Millikenning zaryadni о‘lchashi bilan tо‘la tasdiqlandi.

1919-yili E.Rezerford ¹⁴7N-azot atomining ⁴2He- zarralar bilan tо‘qnashishidan hosil bо‘lgan ¹1H-vodorod atomi azot atomiga tegishli degan fikrga keldi, ya’ni

⁴2He  ¹⁴7N  ¹⁷8O  ¹1H

21. 
    hosil bо‘lgan vodorod atomi yadrosini proton (yunoncha protos-birinchi) deb atadi.
    

1920-yili Rezerford massasi protonga teng va zaryadi nolga teng bо‘lgan zarracha mavjud bо‘lishini bashorat qildi. Bu zarracha neytron deb ataldi va ancha izlanishlardan sо‘ng 1932-yili J. Chedvik tomonidan tajribada kuzatildi. U 1930-yili V. Bote va G. Beker tomonidan о‘tkazilgan berilliy elementini -zarralar bilan bombardimon qilganda qattiq neytral nurlanish hosil bо‘lishi tajribasini takrorladi. Hosil bо‘lgan neytral nurlanishining -nurlanish emas, balkim neytral massiv zarralar oqimi ekanligini tasdiqladi.

Foton atom tarkibiga kirmaydi va atomdagi elektron о‘tishlarda hosil bо‘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 о‘rganish natijasida ularning yorug‘likni

uzluksiz emas, balkim diskret, ya’ni porsiyalar - Eh - energiyali kvantlar kо‘rinishida yutishi va chiqarishi tо‘g‘risidagi tasavvurni shakllantirdi. Bu tasavvurga asoslanib, A. Eynshteyn fotoeffekt hodisasini tushuntirdi. 1922-yili A.Kompton rentgen nurlarning erkin elektronlarda sochilishida ular chastotasining о‘zgarishini kuzatdi va uning nazariyasini yaratdi. Foton tо‘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 bо‘ldi.

Graviton G-gravitatsion ta’sir tashuvchisi, elementar zarralar olamida gravitatsion ta’sirining о‘ta kuchsizligi sababli, bu zarracha tajribada haligacha kuzatilmagan.

1930-yili P.Dirak tomonidan antizarralar, ya’ni har qanday zarrachaning qarama-qarshi ishorali zaryadga ega bо‘lgan jufti mavjudligi aytildi. 1932-yili esa K. Anderson tomonidan birinchi antizarracha - e^ tajribada kuzatildi.

1935-yili yapon fizigi X. Yukava tomonidan yadro kuchlari ta-biatini tushuntirish uchun pi-mezonlar -^, ⁰, ^- kiritildi. Zar-yadlangan pionlar 1947-yili, neytral pion esa 1950-yili tajribada topildi. 1930-yili K. Anderson va S. Nedermayer tomonidan myuon (myu-mezon) tajribada kuzatildi. 1930-yili V. Pauli tomonidan -parchalanishni tushuntirish maqsadida -neytrino tushunchasi fanga kiritildi. Va 1950-yil о‘rtalaridagina bu zarracha tajribalarda kuzatildi.

Shunday qilib, 1940-yillar oxiriga kelib elementar zarralar soni

15. 
    tagacha yetdi. Lekin koinot nurlari bilan bо‘ladigan jarayonlarni
    

о‘rganish va elementar zarralarni tezlashtiruvchi texnikaning taraqqiyoti yanada yangi elementar zarralarning ochilishiga olib keldi. 1950-yillarning о‘zida 15 taga yaqin yangi zarralar kashf qilindi. 1960-yillarning о‘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 qо‘ydi. Elementar zarra deganda strukturaga ega bо‘lmagan va boshqa mayda zarraga bо‘linmaydigan zarra tushuniladi. Shu sababli, fiziklar hozirgacha elementar zarra deb

e’tirof etilgan zarralar aslida elementar bо‘lmasdan yanada fundamental, bо‘linmas zarralardan tashkil topgan bо‘lishi mumkin degan fikrga kelishdi.