Kvarklar va ularning xususiyatlari. Reja: I. Kirish
II.2)Zarralar va antizarralar
Yüklə 0,53 Mb.
|
- Bu səhifədəki naviqasiya:
- Kuchli о‘zaro ta’sir.
- Kuchsiz о‘zaro ta’sir.
- Gravitatsion о‘zaro ta’sir
|
II.2)Zarralar va antizarralar.
Shu о‘rinda elementar zarralarning hozirgi paytdagi kvarklar nuqtayi nazardan ixcham sistematikasiga kelishidan oldingi holdagi klassifikatsiyasi va о‘zaro ta’sir turlariga tо‘xtalib о‘tamiz. Umuman, zarralar fizikasida 4 xil о‘zaro ta’sir turi mavjud. Kuchli о‘zaro ta’sir. Bu ta’sirda qatnashuvchi zarralar adronlar deb ataladi. Bu о‘zaro ta’sir proton va neytronlarni yadroda ushlab turadi. Yoki kvarklar shu kuch orqali bog‘lanib adronlarni tashkil qiladi. Elektromagnit о‘zaro ta’sir. Bu ta’sirda asosan zaryadlangan zarralar qatnashadi. Lekin neytral zarralar ham о‘z strukturasiga egaligi sababli bu ta’sirda qatnashishi mumkin. Masalan, neytron murakkab strukturaga egaligi, ya’ni magnit momentiga ega bo‘lgani uchun. Bu ta’sir hozirgi paytda eng yaxshi о‘rganilgan ta’sir turi hisoblanadi. Kuchsiz о‘zaro ta’sir. Bu ta’sir deyarli barcha zarrachalarga xosdir. Bu ta’sir ostida sodir bо‘ladigan jarayonlar ancha sekin yuz beradi. Atom yadrolarining - parchalanishi kuchsiz о‘zaro ta’sirga misol bо‘ladi. Gravitatsion о‘zaro ta’sir universaldir. Bu ta’sirda barcha zarralar qatnashadi. Har qanday о‘zaro ta’sir uchta kattalik bilan xarakterlanadi. Bu kattaliklar – ta’sir intensivligi, ta’sir radiusi, ya’ni ta’sirlashish masofasi va о‘zaro ta’sirlashish vaqtidir. О‘zaro ta’sir mexanizmini ham hisobga olgan holda bu kattaliklar quyidagi jadvalda keltirilgan.
Endi shu jadvaldagi kattaliklar va о‘zaro ta’sir mexanizmini izohlab о‘tamiz. Kuchli ta’sir proton va neytronni yadroda, hamda kvarklarni adronlarda ushlab turadi. Bu mexanizmga keyinchalik alohida ham tо‘xtalib о‘tamiz. Hozirgi zamon fizikasi nuqtayi nazaridan yadroda proton va neytronlar о‘zaro -mezonlar bilan almashish hisobidan ushlab turiladi. Proton va neytron esa kvarklardan tuzilgan bо‘lib (shu jumladan barcha adronlar) ular, ya’ni kvarklar shu zarralar ichida glyuonlar (inglizchadan glue-yelim, kley) orqali bog‘lanib turadi. Endi proton va neytronlar orasidagi -mezon almashish kuchlariga kelsak, bu mezonlar glyuon kuchlarining katta masofasi 10-15 m dan katta bо‘lgan masofadagi «qoldiq» kuchlari deb qaraladi. Endi kuchli ta’sirning intensivligiga kelsak, S-«yuguruvchi» о‘zaro ta’sir doimiysi deb ataladi va boshqa о‘zaro ta’sir doimiyliklaridan qiymatning masofa о‘zgarishiga qarab о‘zgarishi bilan xarakterlanadi. Shu sababli S-«yuguruvchi» о‘zaro ta’sir doimiysi deyiladi va 0,1 dan 10 gacha bо‘lgan oraliqda о‘zgaradi. S-1 101 bu yerda S-«strong» - kuchli degani. Bu ta’sir aytib о‘tganimizday 10-15 m masofada namoyon bо‘ladi va о‘zaro ta’sir vaqti 10-23 s ga teng. Elektromagnit ta’sir zaryadlangan va ma’lum strukturali (mas, neytron-elektron neytral zarra bо‘lishiga qaramasdan magnit momentiga ega) zarralar orasida sodir bо‘lib, bu ta’sir fotonlar orqali amalga oshadi. Ta’sir intensivligi 1371 -nozik struktura doimiysi bilan xarakterlanadi. Bu ta’sir masofasi bо‘lib, о‘zaro ta’sirlashish vaqti 10-20 s ga teng. Kuchsiz ta’sirda deyarli barcha zarralar qatnashadi va bu ta’sir
Fermi doimiysi orqali xarakterlanadi, bu yerda mp-proton massasi. Bu о‘zaro ta’sir masofasi 10-17 m bо‘lib, juda sust, ya’ni 10-13 s vaqt oralig‘ida sodir bо‘ladi. Elementar zarralar olamida gravitatsion ta’sir juda ham sust bо‘lib, о‘zini namoyon qilmaydi, uning ta’sir vaqti aniqlanmagan, intensivligi 10-38 ga teng, ta’sir masofasi esa dir. Massasi Plank massasidan, ya’ni mp1019 GeV dan katta jismlar uchungina gravitatsion ta’sir sezilarli bо‘ladi. Endi bevosita elementar zarralar klassifikatsiyasini qaraymiz. Kuchli ta’sirda qatnashuvchi (aniqrog‘i elektromagnit va kuchsiz ta’sirda ham) elementar zarralarga adronlar deyiladi. Adronlar о‘z navbatida barionlar va mezonlarga bо‘linadi. Barionlar о‘z navbatida nuklon (proton va neytronning umumiy nomi) lar, giperonlar va rezonanslarga bо‘linadi. Giperonlar massasi protondan og‘ir bо‘lgan zarralardir. Ularga 0 , , ,0 , lyambda giperonlar, sigma giperonlar- ,0 , ksi-giperonlar -0, - kiradi. Giperonlarning о‘rtacha yashash davri 10-10 s ga teng. Rezonanslarning о‘rtacha yashash davri juda kichik bо‘lib, 10-2410-22 s ga teng. Ular о‘tgan asrning 60-yillarida ochilgan bо‘lib, hozirda ular soni 300 dan ortiq. Nuklonlar va giperonlar yashash davri rezonanslarnikiga qaraganda ancha kattaligi uchun ular stabil zarra deb ataladi. Proton haqiqiy stabil zarra hisoblanib, hozirgi vaqtda uning yashash vaqti 1034 yildan katta hisoblanadi. Neytron esa erkin holatda 15 min atrofida yashaydi. Mezonlar ham о‘z navbatida stabil va rezonans mezonlarga bо‘linadi. Stabil mezonlarga , 0, -, 0, k, k0, D, D0, D0S ‒ mezonlar taalluqlidir. Ularning yashash davri 10-810-13 s vaqt intervalida yotadi. Rezonans mezonlarga esa , p, , , k, D J kabi mezonlar misol bо‘ladi. Umuman, barion va mezon rezonanslarining yashash vaqti 10-23-10-24 s oralig‘ida yotadi. Ular juda qisqa vaqt mobaynida yashashiga qaramasdan ma’lum spin va juftlikka ega bо‘lib, ma’lum ichki kvant sonlariga ham ega va shu sababli ham ularni elementar zarralar deb qaraladi. Rezonanslar aniq massaga ega emas va uzluksiz massa spektriga ega. Shu spektrning maksimumiga tо‘g‘ri keluvchi qiymat rezonans massasi deb qabul qilinadi.
yashash vaqti о‘rniga ularning parchalanish ehtimolligi-G keltiriladi. Kuchli о‘zaro ta’sirda qatnashmaydigan zarralarga leptonlar deyiladi. Hozirgi paytda 3 guruh leptonlar mavjud: е , е , Elektron (e-) va e, , neytrinolar stabil, --mezon va -- leptonlar stabil emas. Barcha nostabil zarralarning yashash vaqti odatda jadvallarda keltiriladi. Leptonlar strukturaga ega emas. Shu ma’noda ular haqiqiy elementar-fundamental zarralardir. Masalan 10-18 m masshtabda (zamonaviy tezlatgichlarda erishish mumkin bо‘lgan energiyalarda) ham elektron strukturaga ega emasligini namoyon qilgan. Elektron, -mezon va -lepton elektromagnit va kuchsiz о‘zaro ta’sirda, neytrinolar esa faqat kuchsiz ta’sirda qatnashadilar. Shunday qilib, hozircha zarralar klassifikatsiyasini kо‘z oldimizga keltirish uchun quyidagi jadvalni ilova qilishimiz mumkin. Adronlar va leptonlar о‘zlarining antizarrachalariga ega. Agar zarra va antizarra ustma-ust tushsa, haqiqiy neytral zarra deyiladi. Masalan, 0-mezon haqiqiy neytral zarradir, ya’ni 0 0 , lekin neytron haqiqiy neytral zarra emas n Endi zarralarni bir-biridan farq qiluvchi xususiyati – ularning xarak-teristikalariga tо‘xtalib о‘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 о‘zaro ta’sir simmetriyasini ifodalaydi va ichki kvant sonlariga olib keladi. 1. Massa
Zarraning о‘ziga xos individualligini belgilovchi kattalik uning massasidir. Eynshteyn tenglamasi Е0 тс2 ga kо‘ra massa megaelektronvoltlarda ifodalanadi. Har qanday о‘zaro ta’sirda massa saqlanishi kerak. Massa dinamik tabiatga ega va zarralarning asosiy klassifikatsiya belgisi hisoblanmaydi. D.I.Mendeleyev ham elementar davriy jadvalini dastlab atomlar massasiga qarab tuzgan va bu urinish notо‘g‘ri bо‘lib chiqdi.
Spin Zarraning ikkinchi xarakteristik belgisi uning spinidir. J-spin birliklarida о‘lchanadi va zarraning xususiy harakat miqdori momentini belgilaydi. Masalan, fotonning spini-1, gravitonniki-2, leptonlar-12, mezonlar-0, barionlar - 12, - giperon - 32 spinga ega. Butun spinli zarralar – bozonlar, kasr spinli zarralar esa – fermionlar deb ataladi. Juftlik Zarralarning uchinchi xarakteristikasi fazoviy juftligidir. Fazo-
Agar fizik kattalik komponentalari yuqoridagi о‘zgartirish
ishorasini о‘zgartirsa, 1 bо‘ladi. Bunda (r ) (r ) bo‘ladi, ya’ni manfiy juftlikka ega deyiladi. Fazoviy juftlik tushunchasidan tashqari, ichki fazo juftligi tushunchasi ham mavjud. Fazoviy juftlik zarracha holatini xarakterlaydi. Ichki fazoviy juftlik esa bevosita zarrachani xarakterlaydi. Zarrachani xarakterlovchi kvant sonlari ichki fazoviy juftlik bilan bog‘liqdir. Zarralar sistemasi juftligi shu sistemaga kirgan zarrachalar juftliklari kо‘paytmasiga teng. bu yerda, (1)е 0 (1)е dan 0(1) ...0( N ) (1)e1 ...eN 0 – zarracha ichki juftligi. е – uning orbital juftligi. Gravitondan boshqa barcha bozonlar juftligi manfiy. Mezon rezonanslari esa manfiy va musbat juftliklarga ega bо‘ladi. Barcha barionlar fazoviy juftligi musbat, antibarionlar esa manfiy fazoviy juftlikka ega. Jadvallarda spin va juftlik J kabi birgalikda beriladi. Bu xarakteristika foton uchun 1-, graviton uchun 2, pion uchun 0-, va protonniki 1 va hokazo bо‘ladi. 2
Zarralarning biz qarab о‘tgan uch xususiyati ularning «geo-metrik», ya’ni fazo-vaqt simmetriyasiga asoslangan xarakteristi-kalaridir. Zarralarning boshqa xususiyatlari ichki fazo «yashirin» simmetriyasiga asoslangan bо‘lib, ichki kvant sonlariga, ya’ni saqlanuvchi kattaliklarga olib keladi. Zarralarning elektr zaryadi q elektron elektr zaryadiga karrali bо‘ladi. Zarralar zaryadi odatda 0 yoki 1 ga teng bо‘ladi. -zarralarda esa q 2 , ularning antizarralarida esa q-2 bо‘ladi. Magnit moment- tinch turgan zarrachaning tashqi magnit
magneton birliklarida о‘lchanadi. Atom fizikasidan ma’lumki, zarrachaning magnit momenti uning spini bilan uzviy bog‘langan va J 12 spinli zarralarga xosdir. Lepton zaryadi -L leptonlar uchun 1 ga, antileptonlar uchun esa - 1 ga teng. Elektron lepton zaryadi -Le, myuon lepton zaryadi - L va taon lepton zaryadi -L mavjud bо‘lib Le L L L bо‘ladi va lepton zaryadi saqlanishi har bir avlod leptonlar uchun alohida bajariladi. Barion zaryadi- V barionlar uchun 1 ga, antibarionlar uchun esa -1 ga teng. Barion va lepton zaryadlari additiv kvant sonlari hisoblanadi. Atom yadrolari uchun barion kvant soni yadroning massa soni A ga teng bо‘ladi. Izospin -T izomultipletni xarakterlaydi. Bu izomultipletdagi zarralar soni -N N2T1 kabi aniqlanadi. J spinli zarrachaning spin holatlari ham 2J1 kabi aniqlangan. Izospin 0 dan 32 gacha qiymatlar qabul qilishi mumkin. Masalan, va c zarralar uchun T, K, D, N va zarralar uchun T1 va hamda zarralar uchun T ga teng. izobar uchun T3 ga teng. Izospin proyeksiyasi -T3 -T dan T gacha bо‘lgan qiymatlarni qabul qiladi va zarralarning elektr zaryadini aniqlaydi. Neytron uchun Т3 12 , proton uchun Т3 12 , pi-mezonlarga mos ravishda 1, 0, -1 mos keladi, ,0 , , izobarlarga esa 23 , 12 , 12 va 32 mos keladi. Zarrachalarning elektr zaryadi q T3 12 B formula bilan hisoblanishi mumkin. Qiziqlik kvant soni -S shunday kiritilganki, qiziq zarralarning elektr zaryadi Gell-Mann-Nishidjima munosabatini qanoatlantiradi, ya’ni 1 q T3 2 (B S) . Shu о‘rinda qiziq zarralarga tо‘xtalib о‘tamiz, tajribalarda shu narsa ayon bо‘ladiki, ayrim zarralar qisqa vaqt maboynida, ya’ni 10-23 - 10-24 s davomida juft-juft hosil bо‘ladi va juda sekin10-10 s davomida boshqa zarralarga parchalanadi. Demak, bu zarralar kuchli ta’sir natijasida hosil bо‘lib, kuchsiz ta’sir ostida parchalanadi. Bu hodisani tushuntirish uchun yangi kvant soni-qiziqlik va qiziq kvark-s fanga kiritildi. Demak, agar р к к п jarayonni qarasak, k- va k mezonlar S-1 va S1 qiziq kvant sonli zarralar bо‘lib, va uchun S0. Qiziq zarralar kuchli ta’sir ostida faqat juft, kuchsiz ta’sirda esa toq holda ham hosil bо‘ladi. Bunday jarayonlarga keyinchalik yana qaytamiz. Giperzaryad -Y oddiy va qiziq zarralar uchun YBS kabi aniqlanadi. U holda yuqoridagi Gell-Mann-Nishidjima munosabati 1 q T3 2 Y kabi yoziladi. S- qiziqlik kvant soniga qaraganda giperzaryad hisoblashlarda ancha qulaydir. Maftunkorlik kvant soni- S qiziqlik kvant soni kabi fanga kiritilgan va u, d, s kvarklardan tuzilgan adronlar kabi, tо‘rtinchi kvark-c qatnashgan adronlarni xarakterlaydi. D-mezon va Lc-gipe-ronlar uchun S1, ularning antizarralari uchun esa S-1 ga teng. Adronlarning kvark strukturasini qaraganimizda bu hol yanada tushunarli bо‘ladi. Bu holda Gell-Mann-Nishidjima munosabati 1 q T3 2 (B S C) kо‘rinishga keladi. Giperzaryad esa Y B S C kabi ifodalanadi. Zaryad juftligi - с fazo juftligi Р - ga о‘xshash bо‘lib, bu kvant soni zaryad qо‘shma operatori С - ta’sirida zarracha tо‘lqin funksiyasi о‘zgarishini aniqlaydi. С -zaryad qо‘shma operatori zarracha tо‘lqin funksiyasini unga mos antizarracha tо‘lqin funksiyasiga almashtiradi. ~ СХ Х Bu yerda X-zarrachani (yoki uning tо‘lqin funksiyasini) belgilaydi. С - operatori ermit operatordir, ya’ni unga qо‘shma operator - С С operatorga teng СС. Ma’lumki, fizikada ermit operatori biror fizik kattalikni ifodalaydi. Shu sababli, о‘lchashda С operatorining xususiy qiymatlaridan biri с ga ega bо‘lishimiz mumkin. Ya’ni
bu yerda
Shu sababli, fazoviy juftlik - Р kabi с 1 yoki с 1 bo‘ladi. Barcha zarralar ham aniq zaryad juftligiga ega emas. Haqiqiy neytral zarralar, ya’ni о‘zining antizarrasi bilan mos tushadigan zarralar aniq zaryad juftligiga egadir. Bunday zarralarga -foton, 0-mezon, 0-mezon, 0 va 0-rezonanslar va hali tajribada tasdiqlanmagan G-graviton kiradi. Bu zarrachalarning barcha «zaryad» kvant sonlari (L, B, T3, S, C, Y) q 0 ga teng. Masalan, с( ) 1 chunki 0 dan С(0) 1, с(0) с( )с( ) (1)(1) 1 Shu bilan birga pozitron, ya’ni e va e- dan tuzilgan neytral «atom» ma’lum zaryad juftligiga ega. Har bir zarracha о‘rtacha yashash vaqti bilan ham xarakterlanadi. Zarrachaning yashash vaqti seknudlarda ifodalanadi. Odatda rezonanslar yashash vaqti energetik birliklarda о‘lchanuvchi G-parchalanish kengliklarida ham ifodalanadi. Nostabil zarracha parchalanish kanallari, odatda % larda ifodalanadi va jadvallarda keltiriladi. Yüklə 0,53 Mb. Dostları ilə paylaş:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||